DE6915185U - Vorrichtung zum spritzen von duroplastischen werkstoffen - Google Patents

Description

mein Zeichen: O3O3 Gm

Firma Drabert Söhne, 495 Minden/Westf., Wilhelmstraße 13-17

Vorrichtung zum Spritzen von duroplastischen Werkstoffen

Bekannt ist eine Einrichtung zum Spritzgießen nach dem bewährten Schneckenkolbenprinzip nach Beck. 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.

Diese Arbeitsweise wird verschiedentlich als völlig problemlos hingestellt. Bei näherer Betrachtung stößt man jedoch auf verschiedene Schwierigkeiten.

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.

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, 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.

Es ist daher sehr wichtig, duroplastisches 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, hat die Plastifizierschnecke in einer Spritzgießmaschine zusätzlich die Aufgabe, das Einspritzen der Formmasse in die Formnester zu übernehmen. Da-.nach muß ebenfalls von der Schnecke für eine gewisse Dauer ein Nachdruck aufrechterhalten werden.

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 Fonnnestes noch einmal eine erhebliche Querschnittsverengung. Hierdurch entstehen in den Angußkanälen durch Friktion verursachte, unkontrollierbare Temperaturspitzen, die sich schädlich auf das Fließverhalten der Formmasse auswirken.

Außerdem entsteht in den Angußkanälen naturgemäß ein erheblicher Druckabfall. Es muß also, um den erforderlichen Fülldruck 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 verursachen in Verbindung mit der von außen dem Plastifizierzylinder zugeführten Temperatur, daß sich dieses 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 Gasabspaltung- 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 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 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 PIastifiziertemperatur. Beim Spritzgießverfahren wird es jedoch dadurch zum Kriterium, daß die Einspritz-Faktoren Spritzdruck, Nachdruck und Spritzgeschwindigkeit als echte Störgrößen in diesen Einregulierungsvorgang einwirken. Die auftretenden Temperaturspitzen können nur dadurch kompensiert werden, daß eine relativ teure Flüssigkeitsheizung am Plastifizierzylinder zum Einsatz 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 AnsoLnitt der Formnester wirkt sich das insofern aus, als de: Anguß immer größer wird, wodurch sein Entfernen mehr Aufwand erfordert und die Bruchfläche, auch wenn sie nachgearbeitet wire, 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.

Grundsätzlich hat es sich gezeigt, daß bei der Verarbeitung von Duroplasten eine Leistungssteigerung zu erzielen ist, wenn das Material vor der Verformung mittels einer Schnecke plastifiziert wird.

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.

Bekannt ist eine solche Anordnung bereits beim Spritzpreßverfahren. Zahlreiche Spritzpreßmaschinen, unabhängig davon, ob sie nach dem Injektions- oder Transferprinzip arbeiten, werden beschickt von sogenannten Vorplastifizierungseinheiten. Die aus den Ausführungen über das Spritzgjeßverfahren sich ergebenden Nachteile werden bei Verwendung von Vorplastifizierungseinheiten weitgehendste ausgeschaltet. Abgesehen davon, daß durch Trennung von Einspritz- und Plastifiziervorgang das Plastifizieren wesentlich weniger Probleme in bezug auf das Ausbalancieren der Einstelldaten entstehen, daß eine elektrische Beheizung völlig ausreichend ist, daß mittel oder hart eingestellte Formmassen ohne weiteres zum Einsatz kommen können, daß die Plastifizierschnecke kaum einem Verschließ unterliegt, und daß durch geringere Einspritzdrücke das Werkzeug mehr geschont wird, ergeben sich weitere Vorteile:

Nachdem das dosierte und plastifizierte Material dem Spritzkolben zugeführt wurde, kann bereits der Plastifiziervorgang für den nächsten Schuß beginnen. Beim Spritzgießen kann dieses erst dann erfolgen, wenn das Einspritzen beendet und die Nachdruckzeit abgelaufen ist. Daraus ergibt sich ein Zeitgewinn

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für das Spritzpressen mit Vorplastifizierung, der sich zwar kaum auf den G-esamtzyklus 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.

Dieser Neuerung liegt das Spritzpreßverfahren nach dem Injektionsprinzip zugrunde. Gegenüber dem Transferprinzip bietet dieses Prinzip Vorteile. Die Formteile werden hierbei bekanntlich durch konische Düsen ausgespritzt. Durch geeignete Maßnahmen -wird dafür gesorgt, daß der in der Düse verbleibende Anguß zurückgezogen und direkt an der Oberfläche des Formteiles abgerissen wird. Daraus ergibt sich der wesentliche Vorteil,daß die Formteile angußlos, also gratfrei, die Maschine verlassen. Wie bei jedem Verfahren unterliegen auch beim Injektionsprinzip die Angüsse einem erhöhten Verschleiß, da die Querschnittsverengung des Angusses zu einer sehr hohen Strömungsgeschwindigkeit führt. Beim Injektionsprinzip bietet es sich an, die Anspritzdüsen auswechselbar zu gestalten, wodurch diese Hauptverschleißteile verhältnismäßig billig sind und sehr schnell und reibungslos ausgetauscht werden können.

Durch die Direktanspritzung wird weiter erreicht, daß erstens das Material während des Einspritzvorganges nicht umgelenkt wird und zweitens die Fließwege - es handelt sich lediglich um die Düsenlänge - äußerst kurz sind, so daß der Druckabfall und die naturgemäß auftretende Friktionswärme nie außer Kontrolle gerät, sondern mit einkalkuliert und ausgenutzt wird.

Beim Transferverfahren dagegen liegen hinsichtlich der Anspritzkanäle des Werkzeuges ähnliche Verhältnisse wie beim Spritzgießen vor. Auch hier wird das Material häufig umgelenkt

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und über relativ lange Fließwege dem Formnest zugeführt. Außerdem sind alle I-ormteile durch die Angüsse mit einem zentralen Teller verbunden. Die Teile müssen also noch getrennt und je nach Größe des Anschnittes entgratet werden. Diese Anschnitte müssen um so größer gewählt werden, je höher das Füllgewicht isi|. Dieser Nachteil läßt sich beim Injektionsverfahren dadurch ausräumen, daß mehrere Anspritzpunkte mit kleinem Durchmesser gewählt werden.

Bei bisher bekannten Bauformen von Plastifiziereinricl 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 abgeschmitten wird. Es handelt sich also immer um zwei getrennte Aggregate.

Aufgabe der Neuerung ist es, xür das Injektionsspritzpressen eine Vorplastifizierungseinrichtung 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 einei Spritzgießmaschine die Plastifizierschnecke im Zentrum und in Spritzrichtung der Spritzeinheit angeordnet.

Eine weitere neuerungsgemäßen Aufgabe besteht darin, die Spritz- und Plastifiziereinheit durch Austauschen weniger Teile in die Spritzeinheit einer Spritzgießmaschine umzuwandeln,

Durch Lösung dieser Aufgaben wird eine Maschinenkonstruktion, die den Neuerungsgedanken als Grundlage hat, zur echten Universalmaschine für das Injektionsspritzpressen mit Vorplastifizierung einerseits und das Spritzgießen andererseits.

Hierbei ist die Spritzpreß-Ausführung für die Verarbeitung von Duroplasten vorgesehen, während die Spritzgieß-Version die Thermoplastverarbeitung übernimmt.

Bezogen auf das Injektionsspritzpressen wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der vordere Teil des von der Schnekke unabhängig axial verschiebbaren Zylinders als Spritzkolben dient, welcher in einen mit der die Masse-Zuführkanäle enthaltenden Werkzfcughälfte verbundenen Spritzpreßzylinder einführbar ist, und daß in dem Spritzpreßzylinder ein vorzugsweise die Form des Bolzens aufweisendes, einen Ringraum bildendes G-lied vorgesehen ist, welches das von der Schnecke in Austragsrichtung vorgeschobene Material in den Ringraum ableitet, wo es von dem in diesen einfahrenden Zylinder erfaßt und unter Abscherung des Massestranges durch Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Ringraum und dem Innenraum des Zylinders in das Werkzeug gedrückt wird c

In weiterer Ausgestaltung des Neuerungsgedankens ist der Bolzen an dem der Schnecke zugekehrten Ende kegelstumpfförmig ausgebildet.

Zweckmäßig dient der Bolzen als Anschlag für die Schnek ke beim Vorschieben des Materials.

Bei der neuerungsgemäßen Vorrichtung braucht der Druck der Schnecke gerade nur so groß zu sein, daß der Massestrang an dem Bolzen geteilt wird. Die Schnecke ist also beim eigentlichen Spritzvorgang vollständig entlastet. Auch kann bereits während des Einspritzvorganges mit der Plastifizierung begonnen werden.

Dadurch, daß der Spritzpreßkolben als Teil des Bastifizierzylinders in seinem Querschnitt ringförmig ausgebildet ist ergibt sich für das Spritzpressen im Injektionsverfahren folgender wesentlicher Vorteil:

Eine Ringfläche hat naturgemäß einen größeren Außendurchmesser als es dem Durchmesser eines flächengleichen Kreises entspricht. Die direkt anzuspritzenden Formteile können daher im Werkzeug au:? einem größeren Düsenkreisdurchmesser angeordnet werden, wodurch zwangsläufig eine größere Anzahl von Formteilen untergebracht werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der neuerungsgemäßen Vorrichtung für die Spritzpreßausführung ist nachstehend anhand der Zeichnung noch etwas ausführlicher erläutert. In dieser zeigen in rein schematischer Weise:

Fig. 1 bis 5 Ansichten, teilweise im Schnitt, der neuerungsgemäßen Vorrichtung in verschiedenen Betriebsstellungen

Fig. 6 die als Spritzgießmaschine verwendete

neuerungsgemäße Vorrichtung in einer Betriebsstellung.

Mit 1, 1a ist ein Zylinder bezeichnet, welcher eine drehbare und in axialer Richtung verschiebbar gelagerte Schnekke 2 aufnimmt, die über einen geeigneten Antrieb 3 in Drehung versetzbar ist. 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.

Dieser Spritzzylinder 1, 1a ist bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform zweiteilig, wobei die beiden Teile miteinander lösbar verbindbar sind.

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

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Nach einem weiteren Merkmal der Neuerung ist der Zylinder 1, 1a von der Bewegung der Schnecke 2 unabhängig und dient als Spritzkolben, welcher mit einem Spritzpreßzylinder 6 zusammenarbeitet, d.h. in diesen einführbar ist. Dieser Spritzpreßzylinder 6 steht mit derjenigen Werkzeughälfte 7b des Werkzeuges 7 in Verbindung, in welche die Masse-Zuführkanäle 7d in Form von Düsen eingearbeitet sind.

In dem Spritzpreßzylinder 6 ist ein vorzugsweise als Bolzen 7c ausgebildetes Glied vorgesehen, welches an dem der Schnecke 2 zugekehrten Ende kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Dieser Bolzen 7c bildet mit dem Spritzpreßzylinder 6 einen Ring raum 6a, in welchen in der Betriebsstellung der Zylinder 1, 1a 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 neuerungsgemäßen Vorrichtung ist die folgende:

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

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

Nach Ablauf der Härtezeit bewegt sich der als Spritzjcolben dienende Zylinder 1, 1a in die in Fig. 3 dargestellte

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Lage. Dabei wird der Teil 7a des Werkzeuges 7 in die Offenstellung überführt. In der hinteren Endstellung des Zylinders 1, 1a 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, während sich der Zylinder 1, 1a und die Schnecke 2 in Richtung dieses Werkzeuges 7 bewegen. Während dieser Bewegung entsteht zwischen dem kegelstumpfförmigen Ende des Bolzens 7c und der Stirnfläche des Zylinders 1, 1a ein Ringspalt, durch welchen die nicht rotierende, also als Kolben wirkende Schnecke 2 das plastische Material in den Ringraum 6a des Spritzpreßzylinders 6 hineinschiebt. Dabei spreizt sich der Massestrang an dem Bolzen 7c auf und verteilt sich gleichmäßig in dem Ringraum 6a (Fig. 4).

Da die Austrittsöffnung des Zylinders 1, 1a bereits vor Beendigung des Einspritzvorganges von dem Bolzen 7c verschlossen ist, kann bei entsprechend vorverlegtem Einschaltimpuls das Plastifizieren bereits während des Einspritzens erfolgen, was vorteilhaft ist.

Im Zuge der Bewegung des Zylinders 1 nach vorne wird der Ringspalt immer kleiner, bis schließlich das in dem Ringraun 6 befindliche Material von dem in dem Zylinder 1, 1a befindlichen Material vollständig getrennt ist. In der Endstellung schlägt die Schnecke 2 gegen den Bolzen 7c an.

Durch den erneut einsetzenden Vorlauf des Zylinders 1, 1a wird das gespreizte, über den Bolzen 7c hinausragende plastische Material abgeschert und anschließend daran über Masse-Zuführkanäle 7d in Form von Düsen der Werkzeughälfte 7b in die Formnester eingespreizt.

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Bereits in derjenigen Stellung, in welcher der Bolzen 7c das Austragende des Zylinders 1, 1a verschließt, setzt der Plastifiziervorgang des nächsten Schußvolumens ein.

Die Figur 6 veranschaulicht, daß durch blosses Austauschen des Teiles 1a des Zylinders 1, 1a gegen eine Spritzdüse 12 die neuerungsgemäße Vorrichtung in eine Spritzvorrichtung für Spritzgießmaschinen umgewandelt werden kann.

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

- Schutzansprüche -

Claims (4)

tit · · Schutzansprüche

1. Vorrichtung 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, dadurch gekennzeichnet , daß der von der Schnecke (2) unabhängig axial verschiebbare Zylinder (1) als Spritzkolben dient, welcher in einen mit der die Masse-Zuführkanäle (7d) enthaltenden Werkzeughälfte (7b) verbundenen Spritzpreßzylinder (6) einführbar ist, und daß in dem Spritzpreßzylinder (6) ein vorzugsweise die Form eines 3olzens (7c) aufweisendes, einen Ringraum (6a) bildendes Glied vorgesehen ist., welches das von der Schnecke (2) in Austragsrichtung vorgeschobene Material in den Ringraum (6a) ableitet, wo es von dem in diesen einfahrenden Zylinder (1) erfaßt und nach Abscherung des Messestranges durch Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Ringraum (6a) und dem Innenraum des Zylinders (1) in das Werkzeug (7) gedrückt wird.

2. Vorrichtung, mit einem zweiteiligen Zylinder, dessen beiden Teile miteinander lösbar verbindbar sind, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Bolzen (7c) zugekehrte Teil (1a) des Zylinders (1, 1a) gegen eine Spritzdüse (12) austauschbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Bolzen (7c) an dem der Schnecke (2) zugekehrten Ende kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Bolzen (7c) als Anschlag für die Schnecke (2) beim Vorschieben des Materials dient.