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Dokumentenidentifikation DE4336400A1 27.04.1995
Titel Formfüllverfahren für thermoplastische Kunststoffe, insbesondere für vermischte Kunststoff-Wertstoffe
Anmelder Planex Projektierungs-GmbH, 67549 Worms, DE
Erfinder Beck, Erich, 67549 Worms, DE;
Rost, Hans Jürgen, 91589 Aurach, DE;
Lechler, Helmut, 91550 Dinkelsbühl, DE;
Beck, Gerhard, 67547 Worms, DE
DE-Anmeldedatum 26.10.1993
DE-Aktenzeichen 4336400
Offenlegungstag 27.04.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.1995
IPC-Hauptklasse B29C 45/18
Zusammenfassung Der Herstellung von dickwandigen Teilen aus Kunststoff-Wertstoffen im Intrusionsverfahren haften im wesentlichen noch die Nachteile mangelhafter Oberflächenqualität und sehr langer Abkühlzeit an.
Zur Verminderung der Kühlzeit von dickwandigen Teilen aus thermoplastischen Kunststoffen werden flüssige oder gasförmige Kühlmedien in den Kern der Formteile eingespritzt. Die mit niedrigem Druck erfolgende Einspritzung der thermoplastischen Formmasse erhält durch Entlangführung an der Formwand ein gutes Oberflächenfinish.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur rationellen Herstellung von großvolumigen Formteilen mit durch die Füllgeschwindigkeit einstellbarer Oberflächenrauhigkeit.

Die Verarbeitung von vermischten Kunststoffen zu dickwandigen Formteilen vorzugsweise für den Garten-, Landschafts- und Straßenbau hat zu einer Reihe von speziell dafür geeigneten Formfüll-Verfahren und Maschinen geführt. Sie unterscheiden sich im wesentlichen von konventionellen Spritzgußmaschinen dadurch, daß die Formen direkt aus den vorgeschalteten Plastifiziergeräten mit relativ geringer Schmelzeeinströmgeschwindigkeit gefüllt werden und, daß eine Anzahl von einfachen, relativ leichten mit Niederdruck zu füllenden Formen im Umlauf sind, wobei die Auskühlung der Formteile innerhalb der Formen aber hauptsächlich außerhalb der Füllstation stattfindet.

Nachteil der bekannten Mehrfachformverfahren ist die sehr lange Kühlzeit bis zum Ausstoß der Formteile aber auch die thermische Schädigung des Kunststoffanteils, der im Formteilzentrum unter hoher Temperatur verweilt und meist zu unkontrollierbarer Blasenbildung führt.

Ein weiterer Nachteil ist die nicht Beherrschbarkeit der Formteiloberfläche, die direkt von der Fließfrontgeschwindigkeit der einströmenden Schmelze abhängt. Erfahrungsgemäß können Oberflächenrauhtiefen von ca. 0,1-1 mm erzeugt werden durch Variation der Schmelzeeinströmgeschwindigkeiten, wobei sich dieser Geschwindigkeitsbereich weit unter den beim Spritzguß üblichen Werten bewegt, also mit einfachen Formen erzielt werden kann.

Ziel der Erfindung ist die Verhinderung der langen Verweilzeit der im Formzentrum befindlichen Schmelze durch Einbringung eines flüssigen oder gasförmigen Verdrängungs- und Kühlmediums nach erfolgter teilweiser Füllung des Formraumes und die Nutzung der verdrängten Schmelze zur Füllung des verbleibenden Formraumes.

Ein weiteres Ziel ist die Verminderung der Kühlzeit und damit Erhöhung des Arbeitszyklus um ein solchen Maß, daß auch über einen weiten Bereich der Schmelzefüllgeschwindigkeit von ca. 1 zu 10 noch eine rationelle Fertigung gewährleistet ist.

Verfahren zur Gasinjektion zum Zwecke der Schrumpfvermeidung beim Spritzgießen sind beispielsweise durch die DOS 2106546 bekannt und werden mit Erfolg angewandt. Da es sich dabei um Maschinen mit nur einer Füllstation zur Herstellung relativ dickwandiger Teile handelt, ist zwar das Problem der Schmelzeschrumpfung beherrschbar, die Kühlzeiten sind jedoch infolge der geringen Kühlkapazität des injizierten Gases sehr lange.

Ein weiteres Verfahren zur maschinellen oder manuellen Schmelzefüllung aus vermischten Kunststoffen in großvolumige Formen ist in der DPA 3240 99.6 beschrieben. Durch Einlegen von festen Verdrängungskörpern wird hierbei eine Kompensation des Schmelzeschrumpfes und eine bessere Schmelzeabkühlung im Kernraum der Form gegenüber einer Gasinjektion erreicht.

Nachteil dieses Verfahrens ist die vom Werkzeugkernraum abhängige Form der einzubringenden Feststoffteile und die damit erforderliche aufwendige Herstellung.

Bei den bekannten Spritzgußverfahren mit hohen Einspritzdrucken und Schmelzefließgeschwindigkeiten wird die Oberflächenqualität im wesentlichen durch die Oberflächenstruktur des Werkzeuges bestimmt.

Bei dem vorliegenden Verfahren mit Fülldrucken, die um eine 10er- Potenz niedriger liegen, ergeben sich dagegen auch bei glatt bearbeiteten Werkzeugflächen Oberflächenrauhtiefen bis zu 1 mm.

Für ein rationelles Produktionsverfahren zur Herstellung großformatiger Formteile müssen erfindungsgemäß folgende Voraussetzungen erfüllt werden:

  • 1. Teilfüllung der Form mit einstellbarer Füllgeschwindigkeit.
  • 2. Injektion eines Verdrängungsmediums, vorzugsweise einer Flüssigkeit in den Kern der Teilfüllung mit einstellbarer Füllgeschwindigkeit.
  • 3. Ausfüllung des noch nicht gefüllten Formraumes mit der aus dem Kern der Teilfüllung verdrängten Schmelze.


Eine deutliche Erhöhung des Arbeitszyklus kann erzielt werden durch Verwendung mehrerer in Umlauf befindlicher Formen, wobei die Teilfüllung der Schmelze in Füllposition und die Einbringung des Verdrängungs- und Kühlmediums hauptsächlich nach Abkoppelung von der Füllstation vorgenommen wird, so daß die nachfolgende Form bereits teilgefüllt werden kann während in die abgekoppelte Form das Verdrängungsmedium eingepumpt wird.

Der verfahrenstechnische Ablauf und ein Vorrichtungsbeispiel wird unter Zugrundelegung der Zeichnung Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben.

Aus einer Plastifiziermaschine mit oder ohne Staukopf wird durch die Düse 4, Fig. 1 als Längsschnitt einer Einzelform, Schmelze durch den Kanal 6 bei geöffnetem in Richtung 5a beweglichen Einströmventil 5 in Pfeilrichtung 6a in eine geschlossene, aus dem Mantel 1 und Auslaßklappe 2 bestehende Form mit dem Hohlraum 7 und dem in Richtung 3a beweglichen Verschlußschieber 3 teilweise gefüllt.

Die Geschwindigkeit der Fließfront wird festgelegt durch Einstellung des Mengenstroms der zufließenden Schmelze. Nach erfolgter Teilfüllung des Formraumes 7 und Verschluß des Ventils 5 sowie des Schiebers 3 wird durch die Röhre 10 bei 10a ein Verdrängungs- und Kühlmedium vorzugsweise Flüssigkeit eingepumpt. Durch Einstellung der Zuflußmenge kann die Geschwindigkeit der Fließfront 8 an die bei der Schmelzeteilfüllung herrschende Geschwindigkeit angepaßt werden.

Die Fließrichtung des einströmenden Verdrängungsmediums und die Ausbildung eines annähernd definierten Hohlraumes ergibt sich aus dem von der Formwand 1 zum Formzentrum verlaufenden Viskositätsgradienten. Ein Durchdringen der wandnahen Zonen kann nicht gesehen, da bei der Schmelzeteilfüllung die wandberührende Schicht vom viskosen in den festen Zustand übergeht.

Nach Auffüllung des Formraumes 7 wird der Druck des Verdrängungsmediums durch ein Rückschlagventil 11 ganz oder teilweise aufrechterhalten.

Vor der Entformung wird das Zuführrohr 10 durch die Öffnung 9 zurückgezogen und das Füllmedium abgelassen oder nach Bedarf im Formteilzentrum belassen, wobei die Öffnung 9, die mit einem Rückschlagventil oder mit einem anderen Verschluß versehen sein kann, verschlossen wird.

Die Wiedereinführung des Injektionsrohres 10 in Füllposition kann vor Beginn der Schmelzezufuhr oder nach Beendigung der Teilfüllung erfolgen.

Diese Art der Anordnung des Füllrohres 10 ermöglicht gemäß weiterem Vorschlag bei Anordnung mehrerer Formen gemäß Fig. 2, dargestellt als Schnitt A-A in verkleinertem Maßstab, durch Entkoppelung der Form nach der Teilfüllung, den Füllvorgang für das Verdrängungs- und Kühlmedium außerhalb der Schmelzefüllstation durchzuführen und damit die Plastifiziermaschine für die Teilfüllung des nachfolgenden Werkzeuges zu nutzen.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Herstellung von großvolumigen Teilen aus thermoplastischen, insbesondere vermischten Kunststoffen, gekennzeichnet durch teilweise Füllung des Formwerkzeuges und anschließende Zufuhr eines flüssigen oder gasförmigen Verdrängungsmediums, das die im Formzentrum befindliche Schmelze in den noch nicht gefüllten Formraum befördert.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Teilformfüllung mit Schmelze in der an das Plastifiziergerät angekoppelten Position und die Zufuhr des Verdrängungsmediums nach Abkoppelung des Formwerkzeuges vom Plastifiziergerät erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenzufluß der Schmelze während der Teilfüllung und der Mengenfluß des Verdrängungsmediums bis zur Vollfüllung des Formwerkzeuges einstellbar sind.
  4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nahe dem in Öffnungsposition befindlichen Ventil oder einem anderen Verschließorgan ein Injektionsrohr (10) mit oder ohne Rückschlagventil (11) durch eine Öffnung (9) bis in den Bereich der Formlängsachse oder des Zentrums der Teilfüllung eingeführt werden kann und daß durch die Röhre (10) ein flüssiges oder gasförmiges Verdrängungsmedium eingepumpt wird.
  5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 und nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß die in einem Formumlaufsystem befindliche Form gemäß Fig. 2, beispielsweise ausgebildet als Revolver nach der Teilfüllung mit Schmelze abgekoppelt wird und die Zufuhr des Verdrängungsmediums hauptsächlich außerhalb der Füllposition erfolgt.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Schmelzezufuhr durch eine koaxial oder annähernd koaxial zur Formlängsachse angeordnete Einströmöffnung (6) mit einem in Pfeilrichtung (5a) beweglichen Ventil (5) erfolgt und der Schmelzefluß von der axialen in eine entlang der Schieberwand (3) radial gerichtete Strömungsrichtung umgelenkt wird.






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