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Vorrichtung zum Herstellen von Formlingen aus Kunststoff
Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Formlingen aus Kunststoff, bei welcher
der Kunststoff mittels eines Druckzylinders der Form zugeführt wird. Bei den bekannten
Vorrichtungen dieser Art zum Spritzen oder Pressen von Kunststofformlingen wurde
der z.B. durch Erhitzen erweichte Kunststoff aus dem Druckzylinder unter hohem Druck
durch eine enge Bohrung in die Form eingebracht. Während des Erstarrens des Preßstoffes
in der Form findet eine Volumenverminderung statt, und es mußte zum Ausgleich des
Schwindens des Materials in der erkaltenden Form bei den bisher bekannten Preßvorrichtungen
der Druckzylinder mit der Form so lange in Verbindung bleiben, bis der Formling
vollkommen erstarrt war, damit die Form während des Erstarrens durch Nachschieben
von neuem zähflüssigem Material aus dem Druckzylinder stets in gefülltem Zustande
verbleibt. Der hohe Einspritzdruck war bei den bekannten Anordnungen notwendig,
um durch die enge Zuführungsbohrung, die sich während des Erstarrens des Formlings
noch mehr verkleinert, das zum Nachfüllen der Form erforderliche zähflüssige Material
aus dem Druckzylinder einbringen zu können.
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Die erstarrten Formlinge wurden von dem im Zuführungskanal erhärteten
Anguß durch Abbrechen getrennt; aus diesem Grund mußte die Zu-
führungsöffnung
vom Druckzylinder zur Förm möglichst klein gehalten werden. Auch deswegen war die
Anwendung eines hohen Druckes beim Pressen oder Spritzen von Formlingen mit den
bekannten Vorrichtungen notwendig. Um den hohen Druck technisch beherrschen zu können,
mußte die Preßmaschine schwer und mit besonders druckfesten Dichtungen ausgeführt
werden. Weiterhin konnte bei den bekannten Maschinen der Druckzylinder nur ungünstig
ausgenutzt werden, weil er nach dem Einfüllen der Preßmasse in die Form mit der
letzteren so lange verbunden bleiben mußte, bis der Preßling erstarrt war. Mit den
bekannten Maschinen war also nur ein geringer Ausstoß von Formlingen je Zeiteinheit
und Druckzylinder; zu erzielen.
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Die Erfindung ermöglicht es, die genannten Nachteile bei Vorrichtungen
zum Herstellen von Formlingen aus Kunststoff, wobei der Kunststoff''mittels eines
Druckzylinders der Form zugeführt wird, dadurch zu vermeiden, daß Verschlußmittel
vorgesehen sind, welche abhängig von der Eirifüllbewegung gesteuert werden und den
Druckzylinder nach dem Einfüllen des Preßgutes in die Form gegenüber dieser abschließen
und daß mit der Form verbundene Einrichtungen, vorzugsweise Druckkolben und Drehschieber,
vorgesehen sind, durch die das Nachdrücken des Preßgutes in die Form und das Abscheren
der Angüsse des erhärteten Formlings vorgenommen wird.
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Nach der Erfindung wird also die Herstellung des Formlings in zwei
Arbeitsgängen vorgenommen, wobei jedem Arbeitsgang besondere Maschinenelemente zugeordnet
sind. Das Einfüllen des zähflüssig gemachten Kunststoffs in die Form wird wie bisher
durch einen beheizten Druckzylinder bewirkt, während für das Nachschieben von Preßgut
während des Erstarrens in die Form, für das Abscheren der Angüsse und für das Auswerfen
des erhärteten Formlings besondere Einrichtungen vorgesehen sind, die nicht mit
dem Druckzylinder, sondern mit der Form verbunden sind. Hierdurch wird es möglich,
den verhältnismäßig kostspieligen Druckzylinder weit besser auszunutzen als bei
den bekannten Preßmaschinen, denn der Druckzylinder hat nur noch das Preßgut in
die Form einzufüllen steht dann sofort für einen weiteren Einfüllvorgang in eine
andere Form zur Verfügung, weil die weiteren zur Herstellung des fertigen Formlings
notwendigen Arbeitsgänge durch die mit der Form verbundenen Einrichtungen vorgenommen
werden. Der mit der neuen Maschine erreichbare Ausstoß je Zeiteinheit ist also wesentlich
größer als derjenige der bekannten Maschinen.
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Da für das Abscheren der erhärteten Preßlinge vom Anguß besondere
Vorrichtungen vorgesehen sind, und weil ein Nachdrücken der halberstarrten Preßmasse
durch den Anguß infolge der besonderen Nachdrückvorrichtungen an der Form bei der
neuen Maschine nicht mehr erforderlich ist, können die Zuführungskanäle zum Druckzylinder
zur Form im Vergleich zu den bekannten Anordnungen große Durchmesser aufweisen,
und es kann infolgedessen in weiterer Ausbildung der Erfindung ein wesentlich niedrigerer
Druck zum Einfüllen des zähflüssigen Materials aus dem Druckzylinder in die Form
angewendet werden als bisher. Es ist möglich, mit einem Einfülldruck auszukommen,
der nur etwa I0 °/o des bei den bekannten Preßmaschinen erforderlichen Druckes beträgt.
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Die Arbeitsteilung in der neuen Preßmaschine und der damit verbundene
erhöhte Ausstoß von Fertigerzeugnissen je Zeiteinheit bei größtmöglicher Ausnutzung
des Druckzylinders werden besonders vorteilhaft zur Geltung gebracht, wenn der Arbeitsablauf
in der Maschine in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch automatisiert wird,
daß mehrere Formen um eine gemeinsame feste Welle drehbar angeordnet sind, wobei
der Druckzylinder gegenüber diesen Formen so angeordnet ist, daß seine Austrittsöffnung
durch Drehen der Formen mit - der Eintrittsöffnung jeder dieser Formen in Verbindung
gebracht werden kann. Dadabei ist es möglich, die Formen während des ganzen Arbeitsablaufes
um ihre gemeinsame Achse mit gleichbleibender Drehzahl anzutreiben, wenn der Druckzylinder
um die gemeinsame Achse der Formen schwenkbar angeordnet ist und während des Preßvorgangs
mit dem Antrieb für die Formen so gekuppelt ist, daß er an einem Teil derRotationsbewegung
der Formen teilnimmt.
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Die Erfindung ist an Hand der in den Fig. I bis I4 schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt Fig. I eine Gesamtansicht der Maschine
im teilweisen Schnitt, Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Zuführungsvorrichtung
für den Preis stoff zum Druckzylinder, Fig. 3 einen Schnitt durch die Form kurz
nach dem Füllen, vor dem Abschließen der Eintrittsöffnung, Fig. 4 eine Ansicht in
Richtung des Pfeiles IV auf Fig. 3 nach Abnahme des.Formringes, Fig. 5 einen Schnitt
nach der LinieV-V der Fig. 3 zum Beginn des Nachdrückens, Fig. 6 einen Schnitt wie
Fig. 5 am Ende des Nachdrückens, Fig. 7 einen Schnitt wie Fig. 5 während des Abscherens
der Gußeinsätze, Fig. 8 einen Schnitt wie Fig. 5 nach Rückführung der Nachdrückkolben
in die Ausgangsstellung, Fig. g eine Ansicht des äußeren Mantels der mit der Form
verbundenen Vorrichtung im teilweisen Schnitt, Fig. Io eine Ansicht des inneren
Mantels der mit der Form verbundenen Vorrichtung im teilweisen Schnitt, Fig. II
eine Ansicht der Formwelle mit teilweisem Schnitt, Fig. I2 eine Stirnansicht von
Fig. II, Fig. I3 eine perspektivische Ansicht des Steuerringes und Fig. I4 eine
Stirnansicht eines Steuerzapfens.
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In den Figuren sind auf der Fundamentplatte I drei Träger 2, 3 und
4 vorgesehen, In den Trägern
und 4 ist die Achse 5 undrehbar gelagert,
auf der drehbar eine Hohlwelle 6 gelagert ist. Auf dieser sind schwenkbar die beiden
Lagerarme 7 und 8 angeordnet, die den Druckzylinder 9 tragen, der in bekannter Weise
von einer Heizwicklung 10 umgeben ist. Seine Spritzöffnung II kann durch eine Ventilstange
12 verschlossen werden, die über den bei I3 angeordneten Hebel 14 und über die Stoßstange
I5, die unter der Wirkung einer Druckfeder I6 steht, betätigt wird. Bei I7 ist an
den Einfüllstutzen I8 des Zylinders g ein Arm 19 angeflanscht, der den Einfülltrichter
20 sowie die Schnecke 21 und den Druckkolben 22 trägt. Die letzten beiden bilden
ein Stück. Der Teil 21, 22 wird durch das Zahnrad 23 in Umdrehung versetzt, das
mit einem Zahnrad 24 kämmt, das fest auf der Hohlwelle 6 sitzt und von dieser angetrieben
wird.
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Der Preßstempel 22 besitzt ferner eine ringförmige Nut 25, in die
ein Doppelhebel 26 eingreift, dessen Drehpunkt 27 an einem unter der Wirkung einer
Feder 28 stehenden, axial verschiebbaren und drehbaren Lagers 29 sitzt, das in dem
Lagerbock 4 gelagert ist. Der Hebel 26 greift in eine Nut 30 ein, die in einer mit
der Hohlwelle 6 fest verbundenen Trommel 3I vorgesehen ist. Der Arm I9, der auf
der Hohlwelle 6 schwenkbar gelagert ist, ist über eine Rückführfeder 32 mit dem
Arm 3 verbunden.
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Die Hohlwelle 6 ist mit dem Formring 33 fest verbunden, der stets
mit mindestens einer der Formvorrichtungen 34 gekuppelt ist. Die Verbindung von
33 mit 36 wird durch vier Verbindungsstangen bewirkt, welche diese beiden Teile
(33 mit 36) zu einem starren Träger der Formen 34 und deren Oberteile machen. Diese
sind mit Zapfen 35 versehen, die in Achsrichtung verschiebbar in dem Zahnrad 36
bei 37 gelagert sind, das von dem Zahnrad 38 und der Welle 39 aus angetrieben wird.
Auf der Achse 5 ist ein Exzenter 40 aufgekeilt, der die Keile 41 verschiebt, welche
mit einer Nut 42 der Tragbolzen 35 in Eingriff kommen können und ein Ausweichen
der Formvorrichtungen 34 während des Eindrückens des Kunststoffes unmöglich machen.
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Die Tragbolzen 35 sind mittels der Zapfen und Gleitrollen 43 in einer
Nut 44 geführt, die in der mit dem Gestell 2 fest verbundenen und damit undrehbaren
Trommel 45 vorgesehen ist.
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Auf der Achse 5 sitzt ferner fest eine Steuerscheibe46, welche die
Steuerbolzen47 beeinflußt, durch die die Vorgänge in der Formvorrichtung gesteuert
werden.
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Ferner besitzt die Steuerscheibe 46 eine Kurvenbahn 48, auf der die
Rollen 49 geführt sind, die an unter der Wirkung von Federn 50 stehenden Stößeln
51 sitzen, die in dem Formhalter 33 bei 52 gleitbar geführt sind und mit den Stößeln
15 zusammenwirken können.
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An Stelle der Zuführvorrichtung 20, 2I, 22 kann auch eine Zahnradpumpe
93 vorgesehen sein, die an das Zuführrohr I8 angeflanscht wird, so daß die Vorrichtung
mit stetiger Materialzufuhr arbeiten kann (Fig. 2).
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In der Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine der Formvorrichtungen
34 dargestellt, von denen bei der dargestellten Maschine vier vorgesehen sind.
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Diese Zahl kann beliebig sein.
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Die Formvorrichtung besteht im wesentlichen aus vier Teilen, nämlich
aus einem äußeren Mantel 53 (Fig. 9), dem inneren Mantel 52 (Fig. Io) und der Formwelle
54 (Fig. II) sowie dem Formring 33 (Fig. I und 3).
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Die Formwelle 54 trägt das Zahnrad 55, das mit einer mit dem Schieber
47 verbundenen Zahnstange 56 kämmt. Der Schieber 47 steht unter der Wirkung einer
Druckfeder 57, die sich gegen einen mit dem äußeren Formmantel 53 fest verbundenen
Führungsbund 58 und mit ihrem anderen Ende gegen einen Hebel 59 abstützt, der die
Rolle 60 trägt, die auf der Steuerkurve 46 entlanggleitet. Die Formwelle 54 besitzt
eine Bohrungen, in welcher der Auswerferstift 62 gleitbar gelagert ist. Dieser trägt
den Stift 63, der durch die Aussparungen 64 der Formwelle hindurchgreift. Ferner
ist in der Formwelle 54 eine Nut 65 vorgesehen, in der die Steuerscheibe 66 auf
der Formwelle 54 befestigt ist. Sie besitzt ferner einen Kopf 67, der auf seiner
Stirnseite eine der Zahl der Formen entsprechende Anzahl Kanäle 68 aufweist und
der eine kleine Hinterdrehung 69 besitzt.
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Die Formwelle 54 ist von dem inneren Formmantel 52 umgeben, der eine
der Anzahl der Formen entsprechende Zahl axialer Bohrungen 70 aufweist, an die sich
die engeren Bohrungen 71, 72 anschließen. In den Bohrungen 70 bis 72 sind gleitbar
die Nachdrückkolben 73 gelagert, die einen Bund 74 besitzen, gegen den sich die
Feder 75 abstützt, die ihr Widerlager an der einen Schulter der Bohrung 70 findet.
Die Nachdruckkolben 73 besitzen Zapfen 76, die, wie die Fig. 14 zeigt, schneidenförmig
ausgebildet sind. Mit ihrer Schneide 77 laufen sie auf Gleitflächen 78 des Steuerringes
66, der Durchbrechungen 79 für den Durchtritt der Nachdruckkolben 73 besitzt. Die
Steuerflächen 78 verlaufen in ihrem oberen Teil 80 waagerecht, daran schließen sich
Schrägflächen 8I an. Die Schrägflächen 8I laufen in einem spitzen Winkel zur unteren
Planfläche der Steuerscheibe 66 aus, und zwar so, daß ein genügender Durchbruch
entsteht für den Durchtritt der Nachdrückkolben 73 mit Zapfen 76. Das vordere Ende
der Nachdrückkolben 73 gleitet im Bohrungsteil 72, der mit Kanälen 77 in Verbindung
steht, die mit den Kanälen 68 in Übereinstimmung gebracht werden können. Auf der
anderen Seite sind Kanäle 78 vorgesehen, die zu dem Formhohlraum 99 führen, der
sich in der Formplatte 33 befindet. Der Kern 83a des Formhohlraumes ist in einem
Ring 83b eingesetzt, der mit dem äußeren Mantel 53 verschraubt ist. Der äußere Mantel
53 besitzt eine Höhlung 83, in welche der innere Mantel 52 eingesetzt wird. Die
Kerne 83a sind von Auswerfern 84 durchsetzt, die in Bohrungen 85 des äußeren Mantels
53 gelagert sind. Auf diesem ist ferner ein Bügel 86 befestigt, durch den Lappen
87 hindurchgreifen, die an der Scheibe 88 befestigt sind, die gleitbar in der Brücke
86 und auf der Formwelle 54 gelagert ist. Die Ansätze 87 tragen Stifte 89, die bei
der Längsbewe-
gung der Form an eine Anschlagfläche go anstoßen
und dadurch die Scheibe 88 mit den Auswerferstiften 84 vordrücken.
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Da die Auswerferstifte 84 mit Ansätzen 91 und der Auswerferstift
62 mit seinen Stiften 63 über die Abdeckplatte 92 mit der Scheibe 88 verbunden sind,
werden bei dieser Bewegung sämtliche Auswerferstifte nach der Seite der Formen zu
bewegt.
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Die Vorrichtung wirkt wie folgt: In den Trichter 20 wird der Kunstpreßstoff
aufgegeben und mittels der Schnecke 21 dem Druckzylinder g zugeführt. Der Antrieb
erfolgt dabei von der Welle 39 über die Zahnräder 38, 36, die Formplatte 33, die
Hohlwelle 6 und die Zahnräder 24 und 23. Der Kolben 22 wird während dieser Bewegung
durch die Nut 30 gesteuert. Die Offnung 11 des Druckzylinders 9 befindet sich vor
der Offnung 93 der Formplatte 33. Zu diesem Zeitpunkt greift einer der Stifte 5
I in die Buchse 94 ein, die in dem Lagerbock 7 vorgesehen ist, der Stift 5I wird
dabei entgegen der Wirkung der Feder 50 durch die Steuerkurve 48 in Fig. I nach
rechts bewegt und drückt die Stange 15 entgegen der Wirkung der Feder I6 zurück,
so daß die Ventilspindel I2 alias der Öffnung II herausgezogen wird. Kurz zuvor
wird durch die Drehung der Kurvenscheibe 3I und über den Hebel 26 der Kolben 22
nach vorn geschoben und verdichtet im Druckzylinder g den zu verpressenden Werkstoff,
der durch die Heizwicklung 10 in bekannter Weise in zähflüssigen Zustand gebracht
ist.
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Diese zähe Masse gelangt über die Öffnung 93, die Kanäle 68, 77, 78
in den Formhohlraum 79 und füllt diesen voll. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich
die Ansätze 76 auf den Teilen 80 der Steuerscheibe 66, die Nachdrückkolben 73 sind
also zurückgezogen, so daß auch der vor ihnen befindliche Raum 72 mit zähflüssigem
Preßstoff gefüllt wird.
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Nach dem Füllen der Form, das auf diese Weise ohne große Druckanwendung
erfolgt, läuft die Rolle 60 auf der Kurvenscheibe46 auf und die Zahnstange 56 wird
in Fig. 3 nach oben bewegt. Dadurch wird über das Zahnrad 55 die Formwelle 54 gedreht,
so daß die Kanäle 68 nicht mehr mit den Kanälen 77 koinzidieren. Der Einfüllstutzen
93 ist damit vom Inneren der Form abgeschlossen. Bei der weiteren Drehung der Formwelle
54 gelangen die Bolzen 76 auf die Schrägflächen 8I, so daß unter der Wirkung der
Feder 75 die Nachdrückkolben 73 in Fig. 3 nach rechts geführt werden. Dadurch wird
der für das Auffüllen der Formen 79 notwendige Nachdruck erzeugt. Nach dem Erstarren
der Masse im Formraum 79 stoßen durch die weitere Drehung des Zahnrades 55 und damit
der Formwelle 54 die Nachdrückkolben 73 an den Enden der Aussparungen 79 in der
Steuerscheibe 66 (Fig. 6 und 7) an und werden von dieser mitgenommen. Da sie in
den Bohrungen 70, 7I, 72 des inneren Mantels 52 gelagert sind, dreht sich dieser
nunmehr ebenfalls und schert bei 78 die Eingüsse am Teil 79 ab (Fig. 7, 10). Der
zu pressende Teil 79 ist also nunmehr fix und fertig in der Form.
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Während dieser soeben geschilderten Vorgänge hat sich die betrachtete
Formvorrichtung 34, die über den Keil 41 und die Nut 42 verriegelt ist, mit dem
Zahnrad 36 weitergedreht, bis schließlich durch die Führung des Bolzens 43 in der
Nut 44 die Form 34 zurückgezogen wird, wie Fig. I unten zeigt. Die Verriegelung
41, 42 ist dabei außer Eingriff gekommen. Der äußere Formmantel 53 wird von der
Formplatte 33 abgehoben. Dabei stoßen die Stifte 89 an die Anschläge go, so daß
die Platte 88 an der rückläufigen Bewegung der Form 34 nicht mehr teilnimmt. Dadurch
werden aber relativ zur Form die Auswerferstifte 84 und 62 nach vorn bewegt.
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Außerdem bewegen sich nach dem Abheben der Formplatte 33 die Nachdrückkolben
73 nach vorn, so daß sowohl die Formpreßlinge als auch die Angüsse einzeln ausgestoßen
werden. Während der nun folgenden Schließbewegung der Form 34 in Richtung auf Formplatte
33 werden die Auswerferstifte 84 und 62 zweckmäßig gleichzeitig mit den Nachdrückkolben
73 in ihre Ausgangslage gebracht. Dies geschieht mittels der Feder 57, welche die
Rolle 60 an die abfallende Kurve 46 drückt und dadurch eine rückläufige Bewegung
der Zahnstange 56, des Ritzels 55, der Steuerwelle 54 und der Steuerscheibe 66 verursacht.
Dadurch werden nacheinander Steuerwelle 54 und innerer Mantel 52 in ihre Ausgangsstellung
gebracht (Fig. 8). Gleichzeitig laufen die Bolzen 76 auf den Schrägflächen8I auf,
die Nachdrückkolben 73 werden entgegen der Wirkung der Federn 75 nach links bewegt
(Fig. 3) und drücken mit ihren auf der Platte 92 aufsitzenden Stirnflächen73a diese
und damit die ganze Auswerfervorrichtung 92, 88, 84, 62 in ihre Ausgangsstellung
zurück. Die Formen befinden sich während des gesamten Vorganges in einer gleichmäßigen
Drehung um die Achse 5.
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Damit diese Drehung auch während des Einfüllvorganges zweckmäßig
nicht unterbrochen wird, ist der Druckzylinder g mit seiner Füllvorrichtung auf
der Hohlwelle 6 schwenkbar gelagert, so daß er einen Teil der Formbewegung mitmacht,
bis der Stift 5I aus der Führung 94 wieder herausgezogen ist. In diesem Moment tritt
die Wirkung einer Rückholfeder 32 in Kraft, die den Füllmechanismus in die Ausgangslage,
die durch einen Anschlag gesichert ist, zurückführt. Die Füllvorrichtung kann nunmehr
die nächste, in gleichmäßigem Umlauf befindliche Form 34 füllen.