DE1961136A1

DE1961136A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Formkoerpern aus treibmittelhaltigen,thermoplastischen Kunststoffen

Info

Publication number: DE1961136A1
Application number: DE19691961136
Authority: DE
Inventors: Erich-Arthur Nier
Original assignee: NIRONA WERKE KG
Current assignee: NIRONA WERKE KG
Priority date: 1969-12-05
Filing date: 1969-12-05
Publication date: 1971-06-09

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern aus treibmittelhaltigen, thermoplastischen Kunststoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bormkörpern unter Verwendung von treibmittelhaltigen, thermoplastischen Kunststoffen, bestehend aus den Verfahrensschritten: (a) Plastifizierung des Kunststoffes unter Erwärmung in einem Förderzylinder, (b) Überführung des plastifizierten Kunststoffes in einen unter Druck stehenden Spritzzylinder, (c) Formgabe unter einer das Aufschäumen zulässenden Druckentlastung.
Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus treibmittelhaltigen, thermoplastischen Kunststoffen unter Verwendung einer Spritzgußmaschine bekannt, bei dem die Masse in einem Fördersylinder auf eine unterhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels liegende Temperatur unter Plastifizierung erwärmt und dann in einen zweiten, verschließbaren Spritzzylinder gepreßt wird, in dem sie vor dem Ausstoßen in eine Form auf oder über die Zersetzungstemperatur des Treibmittels erhitzt wird.
Zu diesem Zweck ist der Spritzzylinder mit einer Heizung versehen. Zwischen dem Förder- und dem Spritzzylinder und zwischen dem Spritzzylinder und der Form sind Absperrventile vorgesehen.
Der Kunststoff mit dem Treibmittel wird über einen Trichter in den Förderzylinder eingeführt, der durch eine Heizbandage auf einer Temperatur gehalten wird, die unter der Zersetzungstemperatur des Treibmittels liegt, aber ausreicht, um den Kunststoff zu plastifizieren. Durch ein in dem Förderzylinder befindliches Transportorgan wird die plastifizierte Masse nach Öffnen des entsprechenden Ventils in den Spritzzylinder gedrückt. Hier wird die Masse auf oder über die Zersetzungstemperatur des Treibmittels aufgeheizt, so daß das Treibmittel reagiert und die Masse aufschäumt, wenn sie anschließend von einem in dem Spritzzylinder gleitenden Kolben nach Öffnen des zugehörigen Absperrventils unter Druckentlastung in die Spritzform gefördert wird. Die Spritzform ist gekühlt, so daß die aufgeschäumte Masse in der Spritzform erstarrt (DAS 1 233 578).
Dieses vorbekannte Verfahren bietet in der Praxis erhebliche Schwierigkeiten. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß diese Schwierigkeiten durch ungleichmäßige Erwärmung im Spritzzylinder bedingt sind. Die Kunststoffmasse ist ein relativ schlechter Wärmeleiter. Deshalb und wegen der geringen Konvektion im Spritzzylinder wird die in der Nähe der Wandung und der Heizung liegende Masse schneller und stärker erhitzt als die Masse in der Mitte des Spritzzylinders. Infolgedessen ergibt sich eine ungleichmäßige Zersetzung des Treibmittels und ein entsprechend ungleichmäßiges Aufschäumen, was schließlich zu InhomogenitEten in dem fertigen Formkörper führt. Wenn die Masse in dem Spritzzylinder zur Einleitung der Reaktion des Treibmittels so erwärmt ist, daß auch die zentralen Bereiche der Kunststoffmasse hinreichend stark und hinreichend lange erhitzt werden, dann besteht die Gefahr, daß die Reaktion in den peripheren Bereichen in der Nähe der Heizung schon unerwünscht weit fortschreitet. oder ein chemischer Abbau stattfindet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern unter Verwendung von treibmittelhaltigen, thermoplastischen Kunststoffen zu schaffen, bei welchem das Kunststoffmaterial durchgehend gleichmäßig erwärmt und aufgeschäumt wird.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art eine durchgehend gleichmäßige Erhitzung des plastifizierten Kunststoffes in einem Stauraum (Spritzzylinder bei der Spritzgußmaschine nach dem Stand der Technik) sicherzustellen.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der plastifizierte Kunststoff im Spritzzylinder intensiv durchmischt wird.
Diese mechanische Durchmischung des plastifizierten Kunststoffes führt schon zu einer Erwärmung, die zu einer Reaktion des Treibmittels ausreichen kann. Zusätzlich kann eine Beheizung des Spritzzylinders von außen erfolgen, wobei die Durchmischung dafür sorgt, daß die ganze Masse mit den beheizten Wandteilen des Stauraumes in Kontakt kommt, um eine gleichmäßige Erwärmung auch durch eine äußere Heizung sicherzstellen.
Die Erfindung macht es weiterhin möglich, das Treibmittel iR gasförmiger oder flüssiger Form in den Spritzzylinder einzuleiten.
Es braucht also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gegebenenfalls dem Kunststoff von vornherein kein reaktionsfähiges Treibmittel zugesetzt zu werden. Vielmehr kann das Treibmittel unmittelbar in gasförmiger oder flüssiger Form in den Spritzzylinder eingeleitet werden, wobei es bei der Durchmischung des plastifizierten Kunststoffes gleichmäßig in die Kunststoffmasse eingeht. Bei Entspannung tritt dann ebenfalls ein Aufschäumen ein.
Der plastifizierte Kunststoff kann in dem Spritzzylinder - wie gesagt - überwiegend durch die mechanische Arbeit bei dem Mischvorgang erwärmt werden. Dazu ist es vorteilhaft, wenn der plastifizierte Kunststoff bei dem Mischvorgang auf Reibung und Scherung beansprucht wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur I>urchführung des beschriebenen Verfahrens. Ausgehend von einem Förderaggregat zum Plastifizieren und Fördern des plastifizierten Kunststoffes in einen Spritzzylinder sowie formgebenden Mitteln, ist die Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spritzzylinder eine Misch- und Umwälzvorrichtung vorgesehen ist.
Die Misch- und Umwälzvorrichtung kann einen im Spritzzylinder hin- und herbeweglichen Verdrängungskörper aufweisen. Vorteilhaft ist es, wenn der Verdrängungskörper bei der Hin- und Herbewegung eine Zirkulation des plastifizierten Kunststoffes im Spritzzylinder bewirkende, unsymmetrische Form besitzt. In den Spritzzylinder kann eine den Verdrängungskörper tragende, hin-und herbewegliche Schubstange hineinragen. Die Schubstange kann eine axiale Bohrung aufweisen, die im Spritzzylinder mündet, und über welche als Treibmittel dienende Gase oder Flüssigkeiten einleitbar sind.
Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Figur 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung.
Figuren 2 bis 4 zeigen Abwandlungen des Verdrängungskörpers bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Der Kunststoff wird als Granulat oder Pulver über einen richter 10 zugeführt. Er gelangt dort in eine Vorrichtung zum Plastifizieren und Fördern des Kunststoffes, die generell mit 12 bezeichnet ist. Diese Einrichtung besteht bei der dargestellten Ausführungsform aus einer von einem Motor 24 angetriebenen Schnecke 14 mit aioh zum Aussohubende hinserstärktem Schneckenkern.
Die Schnecke ist in einem Gehäuse 16 angeordnet, welches von Heizkörpern 18 umschlossen ist. Hierdurch wird der Kunststoff erwärmt und plastifiziert und von der Schnecke nach rechts. in Figur 1 zum Ausschubende hin gefördert. Über Anschlüsse 20 kann die Vorrichtung 12 gekühlt werden.
Die plastifizierte Kunststoffmasse wird über einen Kanal 26 in einen Spritzzylinder 28 gedrückt. Dieser wird von einem Zylinder 30 gebildet, der durch einen Kolben 32 abgeschlossen ist. Der Kolben 32 ist in noch zu beschreibender Weise druckbelastet.
In den Spritzzylinder 28 ragt eine Schubstange 34, die an ihrem Ende einen Verdrängungakörper 36 trägt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 wird der Verdrängungekörper 36 von einer flachen Scheibe mit Durohbrüohen 38 gebildet, die auf der/#o##ub stange 34 abgswandten Seite flach konisch ausgebildet ist. Der Verdrängungskörper 36 füllt bei dieser Ausführungßform fast den gesamten Quorgehnitt des Spritzzylinders 28 aus. Der Zylinder 30 ist von einer Heizung 40 umgeben. Der Spritzzylinder 28 ist über ein Ventil 42 mit einer Spritzdüse 44 verbunden, an welche in üblicher Weise eine Spritzform angeschlossen werden kann.
Die Schubstange 34 ist durch den Kolben 32 hindurchgeführt und erstreckt sich weiterhin durch einen Kolben 46, der in einem Zylinder 48 gleitet. Die Schubstange 34 trägt ferner einen Kolben 50, der in einem Zylinder 52 gleitet. Der Kolben 46 ist durch ein hohles Verbindungsrohr 54 mit dem Kolben 32 verbunden. Durch das hohle Verbindungsrohr 54 erstreckt sich die Schubstange 34.
Der Zylinder 48 ist über die Kanäle 56 und 60 mit einem pneumatischen oder hydraulischen Antrieb verbunden. Dadurch wird der Kolben 32 mit einer definierten Kraft nach rechts gedrückt, das Material imSpritzzylinder 28 also unter einem definierten Druck gehalten. Der Kolben 50 kann über Kanäle 58 bzw. 62 gegensinnig mit Druckmittel beaufschlagt werden, so daß die Schubstange 34 hin- und herbewegt wird. Der Kolben 32 bzw. die Wandung des Zylinders 30 bilden dabei die Anschläge für diese hin- und hergehende Bewegung. Die Stirnfläche des Kolbens 32 ist dabei mit Zapfen 64 versehen, welche in die Durchbrüche 38 des Verdrängungskdrpers 36 eingreifen, wenn der Kolben 32 zum Ausstoßen der Masse in die Form nach rechts in Figur 1 bewegt wird. Es wird dadurch sichergestellt, dåß bei dem Spritsvorgang keine Materialreste in den Durchbrüchen 38 verbleiben.
Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: In der Einriohtung 12 wird das treibmittelhaltige Granulat plastifiziert. Der plastifizierte Kunststoff wird von der Schnecke 14 über den Kanal 26 in den Spritzzylinder 28 geleitet.
Der Kolben 32 fährt zurück, und zwar bis zu der dargestellten Stellung. Der Kolben 32 wird durch Druckbeaufechlagung des Kolbens 46 mit einer definierten Kraft nach rechts gedrückt, so daß sich das Material im Spritzzylinder 28 unter definiertem Druck befindet. Das Ventil 42 ist abgesperrt. Die Schnecke 14 verhindert durch die Materialfüllung ihrer Länge ein Rückschlagen des Druckes zur Einlaßseite hin. Durch den Kolben 32 hindurch wird die Schubstange 34 mit dem Verdrängungskörper 36 im Spritzzylinder 28 hin- und herbewegt. Infolge der Durchbrüche 38 wird das zähflüssige Material im Spritzzylinder 28 stark auf Reibung und Scherung beansprucht. Außerdem erfolgt eine gute Durchmischung des Materials. Die bei diesem Mischvorgang aufgewandte mechanische Arbeit führt zu einer relativ starken und gleichmäßigen Erwärmung des Materials im Spritszylinder 28. Die Erwärmung kann durch die Heizung 40 noch verstärkt werden, jedoch hat die Heizung 40 im wesentlichen die Aufgabe, Wärmeverluste zu ersetzen. Statt der Heizung 40 könnte gegebenenfalls auch eine ausreichende Wärmeisolation vorgesehen werden. Während der Durchmischung erfolgt eine chemische Reaktion des Treibmittels.
Der relativ hohe Druck, unter dem nunmehr die Masse im Spritzzylinder 28 steht, verhindert ein Aufschäumen. Im nächsten Verfahrensschritt wird nach Ablauf der Reaktion des Treibmittels das Ventil 42 geöffnet und der Kolben 32 nach rechts in Figur 1 gefahren. Hierdurch wird die Masse aus dem Spritzzylinder 28 über die Düse 44 in die (nicht dargestellte) Form gedrückt. Die Erwärmung des Materials bei dem mechanischen Misch- und Schervorgang erfolgt gleichmäßig durch die gesamte Kunststoffmasse hindurch, so daß dem entsprechend auch eine gleichmäßige Reaktion des Treibmittels stattfindet. Das Material der so hergestellten :Formkörper ist daher homogen aufgeschäumt.
Die Figuren 2 bis 4 zeigen abgewandelte Ausführungsformen des Yerdrängungskörpers. Bei der Ausführungsform nach Figur 2 ist der Verdrängungskörper 82 an der Schubstange 34 ebenfalls eine flache Scheibe, allerdings ohne Durchbrüche. Diese Scheibe hat eine ebene Rückseite und - ähnlich wie der Verdrängungskörper 36 von Figur 1 - eine flach konische Vorderfläche 84. Der Durchmesser der Scheibe 82 ist wesentlich kleiner als der Durchmesser des Spritzzylinders 28. Bei der hin- und hergehenden Bewegung dieses Verdrängungskörpers 82 wird das Material jeweils von der Mitte weg zur Randzone transportiert, so daß ein ständiger Materialaustaußch zwischen Rand- und Mittelzonen des Spritzzylinders 28 erfolgt und eine gleichmäßige Erwärmung sichergestellt ist.
Bei der Ausführungsform nach Figur 3 ist ein Verdrängungskörper 86 an der Schubstange 34 vorgesehen, der ebenfalls eine flache Scheibe bildet, aber sich nur nach einer Seite radial von der Schubstange 34 weg erstreckt. Auch auf diese Weise wird eine Zirkulation erreicht, indem das Material jeweils von der einen Seite des Spritzzylinders 28 weg zur anderen gedrückt wird. Vorteilhafterwetse kann der so ausgebildete Verdrängungekörper 86 im Verlaufe der hin- und hergehenden Bewegungen auch noch eine langsame Verdrehung um die Achse der Schub. tange 34 ausführen.
Bei der Ausführungsform nach Figur 4 hat der Verdrängungskörper 88 eine sich zu den Rändern hin verjüngend scheibenförmige Gestalt, wobei die Ebene des Verdrängungskörpers 88 geneigt zur Achse der Schubstange 34. sitzt. Der Spritzzylinder 28 hat derentsprechend einen schräg parallelogrammförmigen Querschnitt. Hierdurch wird bei der hin- und hergehenden Bewegung eine Zirkulation der Masse im Spritzzylinder 28 in stets gleicher Richtung hervorgerufen.
Anstelle eine. treibmittelhaltigen, thermoplastischen Kunststoffs kann dem Kunststoff durch eine Längsbohrung 90 der Schubstange 34 unmittelbar im Spritzzylinder 28 ein gasförmiges oder flüssiges Treibmittel zugesetzt werden, wo es sich infolge der Durchmischung, welche der plastifizierte Kunststoff im Spritzzylinder 28 erfährt, mit diesem Kunststoff vermischt. Das Treibmittel kann dann beispielsweise Luft, Dampf oder gegebenenfalls Wasser sein.
Die im vorhergehenden beschriebenen Vorrichtungen kennen mehrfach in paralleler Anordnung kombiniert sein, so daß mehrere unterschiedliche Spritzformen bedient werden können.

Claims

Patentansprüche

0 Verfahren zur Herstellung von Formkörpern unter Verwendung von treibmittelhaltigen, thermoplastischen Kunststoffen, bestehend aus den Verfahrens schritten: (a) Plastifizierung des Kunststoffes unter Erwärmung in einem Förderzylinder, (b) Überführung des plastifizierten Kunststoffes in einen unter Druck stehenden Spritzzylinder, (c) Vorgabe unter einer das Aufschäumen zulassenden Druckentlastung, dadurch gekennzeichnet, daß der plastifizierte Kunststoff im Spritzzylinder intensiv durchmischt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel in gasförmiger oder flüssiger Form in den Spritzzylinder ein$oleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekbnnzeichnt, daß der plastifisierte Kunststoff ii Spritssylinder überwiegend durch die mechanische arbeit bei dem Mischvorgang erwärmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der plastifisierte Iunstitoff bei dei Mischvorgang auf Reibung und Scherung beansprucht wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Förderaggregat zum Plastifizieren und Fördern des plastifizierten Kunststoffes in einen Spritzzylinder sowie formgebenden Mitteln, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spritzzylinder (28) eine Misch- und Umwälzvorrichtung (34, 36) vorgesehen ist (Figur 1).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Misch- und Umwälzvorrichtung (34, 36) einen im Spritzzylinder (28) hin- und herbeweglichen Verdrängungskörper (36) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der VerdrängungB£örper (36, 82, 86, 88) bei der Hin- und Herbewegung eine Zirkulation des plastifizierten Kunststoffes im Spritzzylinder (28) bewirkende, unsymmetrische Form besitzt (Figuren 1 bis 4).
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Spritzzylinder (28) eine den Verdrängungskörper (36) tragende, hin- und herbewegliche Schubstange (34) hineinragt (Pigur 1).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstange eine axiale Bohrung <90) aufweist, die in dem Spritzlylinder (28) mündet und über welche als reibmittel dienende Gase oder Plüssigkeiten einleitbar sind.
10, Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskbrper (36) eine mit Durchbrüchen (38) vereehene Scheibe ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der schubstangenseitigen Stirnfläche des Spritz#ylinders (28) Zapfen (64) vorgesehen sind, welche in der einen Endstellung des Verdrängungskörpers (36) durch dessen Durchbrüche (38) komplementär hindurchragen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß er scheibenförmige Verdrängungskörper (36) auf der einen Seite flach konisch geformt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper eine Scheibe (82) ist, die auf der der Schubstange (34) abgewandten Seite eine flach konische Gestalt (84) besitzt und deren Durchmesser wesentlich kleiner ist als der des Spritzzylinders (28) (Figur 2).
14. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängun#sk#rper ein flacher Körper (86) ist, der sich von der Schubstange (34) radial nur nach einer Seite hin erstreckt # (Figur 3).
15. Yorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper eine zu der Schubstange (34) geneigte, an deren Ende sitzende Scheibe (88) ist (Figur 4).
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzzylinder (28) durch einen druckbelasteten Kolben (32) abgeschloasen ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstange (34) durch den den Spritzzylinder (28) abschließenden ersten Kolben (32) sowie einen zweiten Kolben (46) hindurchgeführt ist; der in einem Andruckzylinder (48) gleitet, daß der zweite Kolben (46) druckbeaufschlagt und durch eine die Schubstange (54) umschließende Hohlwelle (54) mit dem ersten Kolben (32) verbunden ist, und daß auf dem äußeren Ende der Schubstange (34) ein dritter Kolben (50) sitzt, der in einem Zylinder (52) gleitet und mit Drucksitteln zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung des Verdrängungekörpers (36, 82, 86, 88) beaufschlagt ist.

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