DE3541382C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung zum Herstellen von Artikeln aus einem thermoplastischen Harz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In solchen Gießvorrichtungen wird in einem Zylinder ein plastifiziertes (in einen fließfähigen Zustand gebrachtes) thermoplastisches Harz unter hohem Druck durch einen schma­ len Einlauf innerhalb der Metallform in einen Formhohlraum eingespritzt und dann durch Abkühlung erstarrt, bevor das fertige Teil aus der geöffneten Form entnommen wird. Enge Einströmkanäle erfordern eine hohe Einspritzkraft und infolgedessen eine hohe Formschließkraft. Dies macht eine entsprechend großzügige Dimensionierung der Anlage erfor­ derlich. Das fertige Formteil besitzt nach dem Fließvorgang einen Anguß entsprechend der Form des Ankußkanals. Dadurch wird das Material verschwendet. Bei Farbänderungen des Mate­ rials muß eine nicht unbeträchtliche Menge des in der Vor­ richtung zurückgebliebenen, alten Materials fortgeworfen werden.

Bei einer bekannten Gießvorrichtung der eingangs genannten Art (DE-GM 76 10 711) wird materialsparend gearbeitet, in­ dem die Kolbenanordnung in dem Topf in ihrer einen Stellung einen Teil des Formhohlraums begrenzt, also Teil des Form­ werkzeugs ist.

In der bekannten Gießvorrichtung befindet sich die Gieß­ behälteranordnung unterhalb des unteren Formteils. Einer Extruder­ schnecke gegenüberliegend ist ein Dosierzylinder angeord­ net, dessen Inhalt von einem Dosierkolben über einen Hoch­ druckzylinder, der in den Formhohlraum mündet, ausgedrückt wird. das in dem Hochdruckzylinder verbleibende Material wird von einem Hochdruckspritzkolben in den Formhohlraum gedrückt, wobei die Stirnfläche des Spritzkolbens in einer Stellung verbleibt, in der sie einen Teil der Form bildet.

Es ist wichtig, daß das plastifizierte Material eine be­ stimmte Mindesttemperatur aufweist, damit sich die bewegli­ chen Teile der Gießvorrichtung mit relativ geringem Kraft­ aufwand betätigen lassen. Andererseits ist es erwünscht, daß das in der Form befindliche Material nach dem Ein­ spritzvorgang möglichst rasch abkühlt, damit der Artikel aus der Form entnommen werden kann und letztere für den nächsten Spritzgießvorgang frei ist.

Die Verwendung einer Kolbenanordnung in einem Formteil der­ art, daß die Kolbenanordnung in einer bestimmten Lage eine Fläche des Formteils bildet, ist auch aus anderen Formvor­ richtungen bekannt. So zum Beispiel beschreibt die US-PS 41 58 540 eine Vorrichtung, bei der in den Formhohlraum ein Rohr mündet, in welchem ein Kolben bis an den Rand des Formhohlraums verschiebbar ist, um das zuvor in das Rohr eingebrachte Material in den Formhohlraum zu pressen. In der DE-AS 25 43 877 ist eine Maschine zum Herstellen von Formteilen aus Homogen- oder Schaumstoffen aus fließfähigen Reaktionskomponenten bekannt. Besonderes Merkmal derartiger Stoffe ist die Aushärtung unter Wärmeeinwirkung. Bei dieser Anlage werden die zwei Komponenten in einen Mischzylinder eingepumpt, und aus dem Mischzylinder wird das Material von einem Kolben in den Formhohlraum gedrückt, wobei der vorge­ rückte Kolben einen Teil der Fläche des einen Formteils bildet. Würde man diese bekannte Einrichtung für die Her­ stellung von Artikeln aus einem thermoplastischen Harz ver­ wenden, so würde sich das Harz sofort nach dem Einleiten in den dem Kolben vorgelagerten Raum erhärten.

Um Artikel herstellen zu können, die unter Umständen auch eine komplizierte und feingliedrige Struktur haben, ist es unerläßlich, daß das thermoplastische Harz in flüssigem Zu­ stand in den Formhohlraum gelangt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gießvorrichtung der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, in der das Harzmaterial zwar in dem gewünschten flüssigen Zustand in den Formhohl­ raum eingespritzt wird, jedoch ein relativ rasches Abkühlen des Materials innerhalb der Form erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Heizvorrichtung der Kolbenanordnung, die vorzugsweise eine zwischen zwei Kolbenteilen angeordnete Heizspule um­ faßt, ermöglicht ein Erhitzen der Kolbenanordnung mit der Folge, daß das eingespritzte Material stets ziemlich flüs­ sig ist, so daß es mit geringer Kraft in den Formhohlraum eingespritzt werden kann. Ist der Einspritzvorgang beendet, wird gekühlt, so daß das Material relativ rasch erstarrt. Der Kühlvorgang wird beendet, wenn das Material so weit er­ starrt ist, daß der Artikel aus dem Formhohlraum entnommen werden kann. Anschließend kann wieder geheizt werden.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Gießvorrichtung sind kurze Zykluszeiten bei der Herstellung der Artikel möglich, und gleichzeitig wird eine hohe Produktqualität bei geringem Ausschuß und bei geringem Materialaufwand er­ zielt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutet. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht, teilweise im Schnitt, der gesamten Gießvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein vergrößerte Querschnittsansicht eines wesentlichen Teils der Vorrichtung von Fig. 1,

Fig. 3 eine Vorderansicht der Vorrichtung von Fig. 1 in einem Betriebszustand und

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Gießvorrichtung mit einem Maschinenrahmen­ abschnitt A, einem Metallformabschnitt B, der auf dem Ma­ schinenrahmenabschnitt A montiert ist, einer Hydraulikein­ heit C und einer Materialliefereinheit D. Die Hydraulikein­ heit C ist nahe dem Maschinenrahmenabschnitt A angeordnet und dient der Betätigung eines Formschließzylinders und einer Antriebsanordnung, die später im einzelnen beschrieben wird. Die Materialliefereinheit D ist auf dem Maschinen­ rahmenabschnitt A montiert und liefert geschmolzenes Harz­ material.

Der Maschinenrahmenabschnitt A umfaßt ein Unterteil 1, auf dem vier aufrechte Stützen 2 montiert sind, eine Decke 3, die an den oberen Enden der Stützen 2 befestigt ist und in einer horizontalen Ebene liegt, und eine abstehende Grund­ platte 5, deren eines Ende an zwei der Stützen 2 befestigt ist und die von einem schrägen Rahmenteil 4 getragen wird.

Der Metallformabschnitt B umfaßt einen Formschließzylinder (Formklemmzylinder) 6, der an dem Unterteil 1 angebracht ist, eine Gleitplatte 7, die von den Stützen 2 geführt wird und von einer Kolbenstange 6 a vertikal hin- und herbewegbar ist. Die Kolbenstange 6 a ragt nach oben aus dem Formschließzylinder 6 heraus. Der Metallformabschnitt B umfaßt ferner aufrecht stehende Elemente 8, die an der Gleitplatte 7 befestigt sind, ein unteres (bewegliches) Formteil 9, das an den oberen Enden der Elemente 8 befestigt ist, ein oberes (fest­ stehendes) Formteil 10, das an der Unterseite der Decke 3 befestigt ist, und eine Einspritz- und Auswerfeinheit 11, die an dem unteren Formteil 9 angebracht ist.

Die Einspritz- und Auswerfeinheit 11 umfaßt eine Einspritz­ behälteranordnung 11 A und einen Auswerfmechanismus 11 B.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen, umfaßt die Einspritzbehälter­ anordnung 11 A ein Wärmeisolierteil 12, das an der Unter­ seite des unteren Formteils 9 befestigt ist, und einen Topf 13, der innerhalb des Wärmeisolierteils 12 angeordnet ist und durch ein ringförmiges Heizelement 14 auf eine Temperatur von 200°C aufheizbar ist. Ferner ist eine Kolbenanordnung 16 vorhanden, die längs der Innenwand des Topfes 13 hin- und hergleiten kann. Die Kolbenanordnung 16 umfaßt einen ersten Kolben 16 a, um den außen eine Spule 15 zur Hochfrequenzhei­ zung gewickelt ist, sowie einen zweiten Kolben 16 b, der an das untere Ende des ersten Kolbens 16 a unter Zwischenlage einer Dichtung 17 aufgeschraubt ist. Der zweite Kolben 16 b bildet zusammen mit dem ersten Kolben 16 a einen zwischen ihnen gelegenen Zirkulationsweg 18. Es sei angemerkt, daß die Kolbenanordnung 16 den ersten Kolben 16 a und den zwei­ ten Kolben 16 b enthält, damit die Spule 15 in der beschrie­ benen und dargestellten Lage angebracht werden kann. Die Kolbenanordnung 16 ist über ein Wärmeisolierstück 21 und ein Verbindungsglied 19 mit einem Hydraulikzylinder 23 verbunden, der eine Kolbenstange 22 besitzt. Der Hydraulikzylinder 23 wird von einem Halteteil 24 getragen (Fig. 1). Die Kolbenanordnung 16 ist in ihrer angehobenen Stellung mit ihrer Oberseite im wesentlichen auf der Höhe einer unteren Begrenzungsfläche eines Formhohl­ raums 26 und bildet auf diese Weise einen Teil der den Form­ hohlraum 26 umgrenzenden Wand. In einer unteren Stellung der Kolbenanordnung 16 bildet dessen Oberseite dagegen zu­ sammen mit dem Topf 13 einen zylindrischen Hohlraum 25, in den geschmolzenes Harzmaterial von der Materialliefer­ einheit D eingefüllt werden kann, die nachfolgend im einzel­ nen beschrieben wird. Der erste Kolben 16 a wird nor­ malerweise durch Hochfrequenzheizung mittels der Spule 15 erhitzt. Der Zirkulationsweg 18 dient der Zufuhr von Wasser in der durch einen Pfeil markierten Richtung nach den Gieß­ vorgang zum Zwecke der Abkühlung der Kolbenanordnung 16. Nachdem das Gußstück abgekühlt und zu einem festen Körper geworden ist, so daß ein weiteres Kühlen nicht mehr erfor­ derlich ist, kann Druckluft in den Zirkulationsweg 18 einge­ leitet werden, um das Wasser aus ihm zu entfernen. Als Folge wird die Kolbenanordnung 16 unter der Einwirkung von Hochfrequenz durch die Spule 15 wieder erhitzt, so daß erneut ihre Temperatur steigt.

Der Auswerfmechanismus 11 b umfaßt aufrecht stehende Stangen 27, die gemäß Darstellung in Fig. 1 auf dem Unterteil 1 mon­ tiert sind, Betätigungsstangen 28 und Auswerfstifte 30. Die Betätigungsstangen 28 sind so angeordnet, daß sie an die oberen Enden der Stangen 27 anstoßen, wenn sich das untere Formteil 9 in die in Fig. 3 gezeigte Stellung bewegt. Die Auswerfstifte 30 sind im unteren Formteil 9 angeordnet und stehen mit den oberen Enden der Betätigungsstangen 28 in Verbindung. Die Auswerfstifte 30 werden mittels Schrauben­ federn 29 nach unten gedrückt. Der Auswerfmechanismus 11 B dient dazu, ein Gußstück mit Hilfe der Auswerfstifte 30 nach oben zu stoßen, um es aus dem unteren Formteil 9 zu entfernen, wenn sich dieses nach unten bewegt.

Die Hydraulikeinheit C ist auf nicht gezeigte Weise an den Formschließzylinder 6, den Hydraulikzylinder 23 und einen später beschriebenen Einspritzzylinder 45 angeschlossen, um diese zu betätigen. Es kann sich dabei um eine herkömmliche Hydraulikeinheit handeln. Die Materialliefereinheit D ent­ hält gemäß Darstellung in den Fig. 1 und 4 einen Plastifi­ zierzylinder 42, einen Motor 38 zum Antrieb einer Schnecke in dem Plastifizierzylinder 42, einen Fülltrichter 32 zur Speisung des Plastifizierzylinders 42 mit einem Harzmaterial in Granulatform, einen Versorgungs­ zylinder 41 zur Aufnahme des plastifizierten Harzmaterials und eine Zylinderanordnung 45 zum Betätigen einer Kolbenstange 44 des Versorgungszylinders 41 und damit zur Lieferung des geschmolzenen Harzmaterials aus dem Versorgungszylinder 41 in den Hohlraum 25 der Gießbehälteranordnung. All diese Komponenten der Materialliefereinheit D sind auf einer Plat­ te 36 angebracht.

Die Platte 36 ist über eine Kugelspindelanordnung an der ab­ stehenden Grundplatte 5 befestigt, die ihrerseits mit dem Unterteil 1 verbunden ist. Ein Motor 37 für den Antrieb der Spindel 35 der Kugelspindelanordnung ist an der Grundplatte 5 befestigt. Durch Betätigung des Motors 38 kann demzufolge die auf der Platte 36 angeordnete Materialliefereinheit D insgesamt längs der Spindel 35 der Kugelspindelanordnung hin- und herbewegt werden.

Im Plastifizierzylinder 42 plastifiziertes und geschmolzenes Kunstharzmaterial wird nach Durchlaufen eines Rückschlagven­ tils 39 in den Versorgungszylinder 41 gespeist und dort ge­ speichert. Wenn die Zylinderanordnung 45 betätigt wird, um die Kolbenstange 44 zu bewegen, während sich die Platte 36 in der in Fig. 3 gezeigten vorgerückten Stellung befindet, kann das Harzmaterial über eine Ausgußöffnung 43 in den Hohlraum 25 der Gießbehälteranordnung gespeist werden.

Ein großer Trichtertank 31 ist oberhalb des Einfülltrichters 32 angeordnet. Aus dem Trichtertank 31 wird eine dem Volu­ men des Formhohlraums 26 entsprechende Menge des Harzmate­ rialgranulats ausgegeben, und zwar durch Öffnen und Schließ­ en eines Verschlusses 34. Ein Zylinder 33 dient dazu, den Verschluß 34 zu öffnen und zu schließen.

Es soll nun der Vorgang zur Herstellung eines Gußkörpers unter Verwendung des beschriebenen Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben werden.

Durch Antrieb des Motors 37 zum Drehen der Spindel 35, wenn sich das untere Formteil 9 gemäß Darstellung in Fig. 3 in seiner abgesenkten Stellung befindet, wird die Materiallie­ fereinheit D auf der Platte 36 vorgerückt. Dabei wird in der Materialliefereinheit D granulatförmiges Harzmaterial für etwa eine Charge, das vom Trichtertank 31 in den Einfüll­ trichter 32 gefüllt wurde, zum Plastifizierzylinder 42 ge­ liefert, in dem es mittels der Schnecke plastifiziert und geschmolzen wird, um dann nach Durchlauf des Rückschlagven­ tils 39 in den Versorgungszylinder 41 eingespeichert zu wer­ den. Wenn dann die Ausgußöffnung 43 in eine Stellung ge­ rade oberhalb des von der Kolbenanordnung 16 und dem Topf 13 der Gießbehälteranordnung 11 A gebildeten Hohlraums 25 kommt, wird der Vorschub der Materialliefereinheit D ge­ stoppt.

Danach wird die Zylinderanordnung 45 betätigt, um die Kol­ benstange 44 zu bewegen und eine Menge des im Versorgungs­ zylinder 41 enthaltenen geschmolzenen Harzmaterials in den Hohlraum 25 zu füllen. Danach wird der Motor 37 mit umge­ kehrter Drehrichtung angetrieben, um die Materiallieferein­ heit D aus der Lage zwischen dem oberen Formteil 10 und dem unteren Formteil 9 zurückzuziehen. Gleichzeitig beginnt der oben beschriebene Vorgang des Materialschmelzens ausgehend vom Trichtertank 31 und endend im Versorgungszylinder 41 erneut für die nachfolgende Beschickung der Gießvorrichtung.

Das untere Formteil 9 wird dann in Kontakt mit dem oberen Formteil 10 angehoben, wobei der in Fig. 2 gezeigte Form­ hohlraum 26 gebildet wird. Obwohl dabei das obere Formteil 10 und das untere Formteil 9 normalerweise durch einen Was­ serfluß in einer Wasserleitung 20, die innerhalb der Form­ teile 10 und 9 angeordnet ist, gekühlt werden, wird das ge­ schmolzene Harzmaterial nicht gekühlt, da es sich innerhalb des Topfes 13 befindet, der von dem Wärmeisolierteil 12 um­ geben ist. Da der Topf 13 durch das ringförmige Heizelement 14 auf eine Temperatur von etwa 200 bis 220°C erhitzt wird und die Kolbenanordnung 16 normalerweise der Hochfrequenz­ heizung mittels der Spule 15 ausgesetzt ist, wird das ge­ schmolzene Harzmaterial nicht fest.

Nachfolgend wird durch Betätigen des Hydraulikzylinders 23 die Kolbenanordnung 16 gemäß Darstellung in Fig. 1 angeho­ ben und dabei das geschmolzene Harzmaterial in den Formhohl­ raum 26 eingefüllt, bis die obere Stirnfläche der Kolbenan­ ordnung 16 im wesentlichen mit dem Boden des Formhohlraums 26 bündig ist und damit einen Teil der Begrenzung des Formhohl­ raums 26 bildet.

Da das obere Formteil 10 und das untere Formteil 9 normaler­ weise gekühlt werden, beginnt sich das in den Formhohlraum 26 eingefüllte geschmolzene Harzmaterial zu ver­ festigen. Da jedoch die Kolbenanordnung 16 der Hochfrequenzheizung mittels der Spule 15 ausgesetzt ist, tritt diese Verfestigung des geschmolzenen Harzmaterials nicht im Bereich der oberen Stirnfläche der Kolbenanordnung 16 ein. Daher wird gleichzeitig mit dem Abschluß des Ein­ füllens Wasser in den Zirkulationsweg 18 innerhalb der Kol­ benanordnung 16 eingefüllt, um die Kolbenanordnung 16 zu kühlen und die Verfestigung des geschmolzenen Harzmaterials herbeizuführen.

Nachdem das Harzmaterial sich verfestigt und ein Gußstück gebildet hat, wird der Zylinder 6 betätigt und das untere Formteil 9 abgesenkt. Dabei stoßen die Betätigungsstangen 28 des Auswerfmechanismus 11 B an die auf dem Unterteil 1 befestigten aufrechten Stangen 27, wodurch die Ausweit­ stifte 30 gegen die Wirkung der Schraubenfedern 29 angeho­ ben werden und den Gußkörper von dem unteren Formteil 9 trennen. In der Gießbehälteranordnung 11 A wird in diesem Moment der Hydraulikzylinder 23 betätigt, um die Kolbenan­ ordnung 16 abzusenken, während Druckluft zur Entfernung von Wasser und zum Stoppen der Kühlung der Kolbenanordnung 16 in den Zirkulationsweg 18 geleitet wird. Die Kolbenanordnung 16 nimmt also wieder ihren Ausgangszustand ein, in welchem sie mittels der Spule 15 einer Hochfrequenzerwärmung ausge­ setzt ist.

Auf diese Weise wird ein Arbeitszyklus zur Bildung eines Gußkörpers aus Harzmaterial ausgeführt. Durch Wiederholung dieses Zyklus werden die Gußstücke aus Harzmaterial Stück für Stück erzeugt. Es sei bemerkt, daß die für einen Zyklus erforderliche Zeit bei einem Ausführungsbeispiel der Er­ findung 60 Sekunden betrug.

Claims (4)

1. Gießvorrichtung zum Herstellen von Artikeln aus einem thermoplastischen Harz, umfassend
einen Rahmen,
ein an diesem befestigtes erstes Formteil,
ein relativ zu dem ersten Formteil bewegbares zweites Formteil, das in seiner einen Stellung zusammen mit dem ersten Formteil einen Formhohlraum umschließt und
eine Gießbehälteranordnung, die einen Topf aufweist, in welchem eine Kolbenanordnung hin- und herbeweglich ist, die in ihrer einen Stellung einen Teil des Formhohlraums begrenzt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gießbehälteranordnung (11 A) innerhalb des zweiten Formteils (9) angeordnet ist und daß die aus minde­ stens zwei Teilen (16 a, 16 b) bestehende Kolbenanordnung (16) eine Heizvorrichtung (14, 15) sowie einen Kühlkanal (18) aufweist.

2. Gießvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Formteil (10) ein oberes Formteil und das zweite Formteil (9) ein demgegenüber auf- und ab­ bewegbares unteres Formteil ist, welches in seiner angeho­ benen Stellung zusammen mit dem Formteil (10) einen Formhohl­ raum umschließt, und daß die Kolbenanordnung (16) innerhalb des Topfes (13) auf- und ab­ bewegbar ist, und in einer angehobenen Stellung einen Teil des Formhohlraums (26) begrenzt.

3. Gießvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung als Heizspule (14) ausgebildet ist, die den Teil (16 a) der Kolbenanord­ nung (16) umgibt.

4. Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Form­ teil (10, 9) einen Kühlkanal (20) besitzen, der in einem jeweiligen, dem Formhohlraum (26) benachbarten Bereich aus­ gebildet ist.