DE4217114A1 - Anlage zur Herstellung von Formteilen aus thermoplastischen Stoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Formteilen aus thermoplastischen Stoffen, insbesondere aus vermischten thermoplastischen Kunststoffabfällen, denen zur Verringerung des Schrumpfs Papierabfälle zugemischt sein können. Mit der Anlage lassen sich Formteile mit einem Gewicht auch über 20 kg Gewicht herstellen.

Seit der Verordnung über die Vermeidung von Verpackungsabfällen, die die Hersteller von Verpackungen und den Handel zwingt, ihre Abfälle wiederzuverwerten, hat sich speziell hinsichtlich der Wiederverwendung von Verpackungen aus thermoplastischen Kunststoffen und deren Verbunde mit Papier oder Alu-Folie das Problem ergeben, dem Wiederverwertungsgebot nach der Verordnung zu entsprechen.

Nach den Angaben der Gesellschaft "Duales System Deutschland GmbH" müssen ab Juli 1995 etwa 6-700 000 t Kunststoffabfälle jährlich zu neuen Produkten verarbeitet werden. Bislang zeichnen sich so gut wie keine wirtschaftlich brauchbaren Lösungen ab für einen möglichen Einsatz dieser Abfälle.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Anlage zu entwickeln, auf der sich wirtschaftlich Formteile aus thermoplastischen Stoffen herstellen lassen. Die Anlage soll weiter in der Lage sein, vermischte Kunststoffabfälle sowie vermischt Kunststoffabfälle in Mischung mit Papierabfällen zu verarbeiten. Mit der erfindungsgemäßen Anlage soll die Möglichkeit geschaffen werden, Formteile mit einem Gewicht von über 20 kg herzustellen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht in einer Anlage, die nach dem Intrusions- oder Fließgießverfahren arbeitet und aus einem Plastifizierextruder, mehreren Formträgern mit den darin montierten Formwerkzeugen und einem beheizten Materialzuführrohr zwischen dem Extruder und den Formwerkzeugen besteht.

Wenn die Kühlzeit für ein in einem Werkzeug hergestelltes Formteil länger ist als die Zeit, die für die Plastifizierung der benötigten Materialmenge erforderlich ist, sollte das Plastifizieraggregat mehrere Formwerkzeuge beschicken können, um zu vermeiden, daß das Plastifizieraggregat während der Abkühlung des Formteils abgestellt werden muß.

Eine kontinuierliche Plastifizierung ist in jedem Fall einer diskontinuierlichen Plastifizierung vorzuziehen, da bei gegebener Formteilgröße die kontinuierliche Plastifizierung mit der kleineren Plastifizieranlage auskommt.

Eine diskonstinuierliche Plastifizierung wie etwa beim Spritzgießen ist bei größeren Formteilen insbesondere dann nicht durchührbar, wenn der zu verarbeitende Werkstoff im Wert gering ist, ein Plastifizieraggregat dagegen übermäßig aufwendig sein müßte.

Die Herstellung größerer Formteile ist nur möglich, wenn unter Verwendung mehrerer Formwerkzeuge kontinuierlich plastifiziert wird.

Ein Verfahren, das nach diesem Prinzip verfährt und Formteile aus Kunststoffabfällen herstellt, ist in der DE-OS 34 16 553 beschrieben. Die Plastifizierung erfolgt dabei in einer sog. "Quetschwalze" etwa nach DE-AS 27 00 846.

Da es sich bei der Quetschwalze nicht um eine zwangsweise Forderung des zu plastifizierenden Materials handelt, ist die Plastifizierleistung in hohem Maße von der Zusammensetzung der Abfälle abhängig und daher für den vorgesehenen Zweck ungeeignet.

Die Plastifizierung in einem Walzenextruder ist nicht möglich, da die Leistung dieser Aggregate für die Herstellung großer Formteile zu gering ist. Außerdem lassen sich mit einem Walzenextruder keine Thermoplastabfälle mit Papierabfällen plastifieren.

Bei dem Verfahren nach DE-OS 34 16 553 gelangt ein plastifizierter Strang in einen längsgeteilten Zylinder, dessen der Füllöffnung gegenüber liegende Seite durch einen Kolben verschlossen ist und durch seine Entfernung von der Füllöffnung das Volumen im Zylinder bestimmt.

Beim Befüllvorgang drückt der Zylinder bis zum Erreichen seiner Endstellung mit konstanter Gegenkraft gegen den Strang.

Diese Vorgehensweise dient einer Dosierung nach dem Volumen, wobei der Gegendruck des Kolbens einen Teil der im Strang eingeschlossenen Gase austreiben soll. Wegen der unterschiedlichen Zusammensetzung der Abfälle ist eine Gewichtsdosierung nicht möglich.

Nach der Füllung des Zylinders mit dem Plastifikat öffnet sich der Zylinder und der Zylinderabschnitt fällt auf ein Förderband, das an mehreren parallel zum Förderband aufgestellten Pressen vorbeiführt.

An der Presse, die für die Aufnahme des Materials frei ist, wird der Zylinderabschnitt vom Band genommen und in die Formhöhlung der geöfffneten Presse eingelegt. Daraufhin wird die Presse geschlossen und der Zylinderabschnitt zum Formteil verpreßt.

Die Herstellung von Formteilen nach diesem Verfahren hat etliche Nachteile:

• 1. Eine Volumendosierung des plastifizierten Materials ist wegen der eingeschlossenen Gase ungenau. Eine Gewichtsdosierung ist wegen der unterschiedlichen Zusammensetzung der Kunststoffabfälle nicht möglich.
  Somit ist nach dem Verfahren eine exakte Materialdosierung nicht möglich. Dies ist jedoch für eine störungsfreie Fertigung notwendig. Eine zu geringe Materialmenge führt zu einem fehlerhaften Formteil, eine zu reichliche Materialmenge macht eine Nacharbeit am Formteil notwendig. Die beim Schließen der Form abgequetschte Materialmenge muß in einem gesonderten Prozeß entfernt werden.
• 2. Die Zeit, die der plastifizierte Zylinderabschnitt auf dem Förderband liegt, ist unterschiedlich, je nachdem, ob die der Dosierstation am nächsten stehende Presse bedient wird oder die am weitesten entfernte Presse. Damit ist aber auch eine unterschiedliche Temperatur des Zylinderabschnitts verbunden. Die optimale Temperatur ist eine wichtige Verfahrensgröße für die Herstellung von Formteilen in einer Presse. Eine zu niedrige Temperatur ergibt eine Rißbildung bei der Verformung, und eine zu hohe Temperatur läßt den Strang aus der geöffneten Form entweichen.
• 3. Die Beschickungseinrichtungen vom Förderband zur Presse sind kompliziert und damit störanfällig.

Beim Spritzgießen mit der diskontinuierlichen Plastifizierung ist bereits versucht worden, unterschiedliche Materialdosierungen und unterschiedliche Materialtemperaturen dadurch zu eliminieren, daß die Formwerkzeuge kreisförmig auf einem sich drehenden Drehtisch montiert werden. Bei einer solchen Drehtischanlage dreht sich der Tisch, bis ein Formwerkzeug vor der Einspritzdüse des Spritzgießaggregats steht. Danach wird das vor der Spritzgießschnecke befindliche plastifizierte Material in die Formhöhlung gespritzt. Danach dreht sich wieder der Tisch zum Füllen des nächsten Formwerkzeugs.

Eine solche Anlage ist durch den erforderlichen Drehtisch aufwendig. Es können nur kleinere Spritzgießteile hergestellt werden. Die Begrenzung ergibt sich aus der durch die Konstruktion beschränkte Größe des Drehtisches.

Alle Nachteile der oben beschriebenen Lösungen werden durch die Anlage nach der Erfindung überwunden.

Mit der erfindungsgemäßen Anlage ist es demgegenüber möglich, auch ohne erheblichen Aufwand große Formteile herzustellen. Die Anlage besteht nur aus wenigen, einfach aufgebauten Teilen. Auf ihr können vermischte Kunststoffabfälle verarbeitet werden, denen sogar Papier- und Alu-Folienabfälle zugemischt werden können mit dem Vorteil eines wesentlich verringerten Schrumpfen beim Abkühlen in der Form.

Dadurch, daß die Anlage nach dem Intrusions- oder Fließgießverfahren arbeitet, lassen sich auch große Formteile über 20 kg herstellen. Die erforderlichen Kühlzeiten im Formwerkzeug unterbrechen die Fertigung nicht, da die Zeit zum Befüllen weiterer Formwerkzeuge ausgenutzt wird. Dazu brauchen die Formwerkzeuge nicht bewegt zu werden. Die Befüllung wird durch einen Zuführkanal vorgenommen, der selbsttätig die Verbindung zu den Formwerkzeugen herstellt.

Für die Plastifizierung des zuvor geschnitzelten oder agglomerierten Materials wird ein Extruder verwendet. Ein Extruder hat den Vorteil, daß er kontinuierlich das Material plastifizieren kann, es dabei gleichmäßig durchmischt und den zum Formfüllen erforderlichen Druck erzeugen kann.

Zum Wechseln des Zuführrohres von einem Formwerkzeug zum nächsten hat der Extruder entweder einen Bypass zum Auffangen des Massedrucks, wenn das Massezuführrohr beim Schenken von einem Formwerkzeug zum anderen durch das Absperrventil am Kopf geschlossen ist. Alternativ hierzu läßt sich auch die Schnecke im Extruder kurz anhalten, oder das Massezuführrohr enthält eine Druckausgleichvorrichtung.

Zweckmäßigerweise sind die Formwerkzeuge kreisförmig um die vertikale Achse des Massezuführrohres angeordnet.

Zur Entnahme des Formteils nach der Abkühlung ist das Formwerkzeug geteilt. In der Regel ist es horizontal geteilt. Hat das Formteil Hinterschneidungen, ist es mit Schiebern ausgerüstet. Zur Unterstützung bei der Entnahme des Formteils aus dem Formwerkzeug kann das Formwerkzeug mit Auswertern ausgerüstet sein.

Zur Aufnahme der Formöffnungskräfte, die beim Befüllen der Form auftreten, werden die Werkzeughälften miteinander verriegelt.

Zweckmäßigerweise enthält das Formwerkzeug an einer geeigneten Stelle einen Druckaufnehmer, der dafür sorgt, daß der Füllvorgang erst bei Erreichen eines zuvor eingestellten Fülldrucks beendet wird.

Am Ende der Angußöffnung des Formwerkzeugs vor dem Beginn der Formhöhlung befindet sich ein Schiebeventil. Das Schiebe- oder Flachventil hat eine Bohrung, durch die in geöffneter Stellung die Masse in die Formhöhlung eintreten kann. In geschlossener Stellung verschließt es die Formhöhlung und vermeidet damit die Bildung eines Angusses.

Nach dem Schließen des Ventils ragt die Einlaßbohrung für die Masse aus dem Formwerkzeug heraus. Der im Ventil verbliebene Materialbutzen wird vor dem nächsten Füllvorgang durch einen Auswerfer entfernt. Dadurch wird vermieden, daß ein im Ventil verbleibender abgekühlter Materialbutzen in die Höhlung des Formwerkzeugs gelangt.

Die einzelnen Formwerkzeuge befinden sich mit ihren Angußkanälen von der vertikalen Achse des Massezuführkanals alle gleich weit entfernt.

Zum Öffnen und Schließen der Formwerkzeuge sowie zum Einstellen nach Höhe und Entfernung des Angußkanals zum Kopf des Zuführkanals befindet sich das Formwerkzeug in einem Formengestell. Die Formenwerkzeuge werden an der Ober- und der Unterplatte des Formengestells befestigt.

Die Unterplatte läßt sich mechanisch oder hydraulisch heben und senken. Die Höhe der Oberplatte läßt sich mechanisch oder von Hand auf die Höhe der Einfülldüse des Massezuführkanals einstellen.

Extruder und Formenträger mit den Formwerkzeugen sind fest installiert. Die Verbindung zwischen dem Extruder und den einzelnen Formwerkzeugen wird durch das Massezuführrohr hergestellt. Während das Maßzuführrohr an seinem einen Ende fest und den Extruder angeflanscht ist, muß es an seinem anderen Ende beweglich sein, so daß die Einfüllöffnung gegen jede Angußöffnung der einzelnen Formwerkzeuge gepreßt werden kann.

Damit sind zwei Bewegungsmöglichkeiten erforderlich: eine um die vertikale Achse des Massezuführkanals kreisenden Bewegung und eine hin- und hergehende Bewegung der Einfülldüse in Richtung der Angußkanäle.

Die Drehbewegung erfolgt in einem Lager im vertikalen Teil des Massezuführrohre. Die horizontale hin- und hergehende Bewegung wird durch einen Linearantrieb bewirkt, etwa durch einen Kolben mit Zylinder.

Die Drehbewegung ist intermittierend mit einstellbarem Drehwinkel und erfolgt elektrisch oder hydraulisch.

Das Massezuführrohr ist in seiner gesamten Länge beheizbar, beispw. mittels Heizmanschetten, um zu verhindern, daß sich die Masse zwischen extruder und Formwerkzeug abkühlt.

Der Massezuführkopf enthält neben der Einfülldüse ein Absperrventil, daß den Austritt der Masse vor dem Entfernen der Einfülldüse vom Angußkanal absperrt. Die Absperrung kann durch Federkraft oder durch ein gesteuertes Öffnen und Schließen des Ventils erfolgen. Letzteres hat den Vorteil, daß die Masse auch ohne Formwerkzeug ausgetragen werden kann.

Die nachfolgende Beschreibung zeigt beispielhaft eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage. Durch die nachfolgend aufgeführten Zeichnungen wird dies zusätzlich erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 Plastifizier-Extruder, ein Formwerkzeug und Massezuführrohr in Füllstellung, alles in Seitenansicht (Prinzipdarstellung).

Fig. 2 Plastifizier-Extruder, vier Formwerkzeuge und Massezuführrohr in Füllstellung in Aufsicht (Prinzipdarstellung).

Fig. 3 Formwerkzeug mit dem Ende des Massezuführrohres in Füllstellung im Schnitt A-B.

Fig. 4 Formgestell mit eingebautem Formwerkzeug in Seitenansicht.

Fig. 5 Massezuführrohr mit Drehlager, horizontaler Bewegungseinrichtung und Drehtisch mit Antrieb.

In Fig. 1 stellt (1) den Plastifizier-extruder dar. (2) ein Formwerkzeug und (3) das Massezuführrohr.

Fig. 2 zeigt die Anordnung von Fig. 1 in Aufsicht mit dem Plastfizier-Extruder (1), vier Stück Formwerkzeuge (2a) bis (2d) und das Massezuführrohr (3) in Füllstellung bei Formwerkzeug (2b).

In Fig. 3 stellt (2) das Formwerkzeug dar, (3) das Kopfende des Massezuführrohres mit dem als Kugelventil ausgebildeten Absperrventil (4) und der Einfülldüse (5), dem Angußkanal (7) und dem Flachschieber (8) in Stellung "auf". Die Einfülldüse schlägt am Flachschieber (8) an. Das Kugelventil steht auf "Durchgang". Mit (6) ist der Betätigungszylinder für das Kugelventil (4) dargestellt, und mit (9) der Betätigungszylinder für den Flachschieber (8).

Fig. 4 zeigt das Formgestell mit eingebautem Formwerkzeug in geöffnetem Zustand. Das Formgestell besteht aus dem Grundgestell (11), den Führungssäulen (12), dem Hubzylinder (13), dem Pressenkopf (14), der oberen Aufspannplatte (15), der unteren Aufspannplatte (16) und der Höheneinstellvorrichtung für die obere Aufspannplatte (17).

Die Formwerkzeuge werden in geschlossenem Zustand durch die Verriegelungen (18) gesichert.

Fig. 5 zeigt das Massezuführrohr (3), das am Extruder (1) angeflanscht ist und am Kopfende das Absperrventil (4) und die Einfülldüse (5) trägt. Der vertikale Teil des Massezuführrohres trägt an seinem unteren Ende ein Lager (20) für die drehende Bewegung. Das Lager kann die vertikalen Kräfte durch den Massefülldruck aufnehmen.

Die Fortsetzung des Massefüllrohres (3) führt zu dem Zwischenstück (21), in dem das Massezuführrohr in die Horizontale umgelenkt wird. Mit dem Zwischenstück ist der drehende Teil des Lagers (20) fest verbunden. Gegenüber ist der Winkeldrehantrieb (22) angeflanscht. Zwischen dem Drehantrieb (22) und dem Zwischenstück (21) befindet sich an der Antriebswelle der Teller (23). Es ruht auf dem Bock (24), der die vertikalen und horizontalen Kräfte aufnimmt.

Im Zwischenstück (21) ist die Umlenkung für die Massezufuhr horizontal beweglich gelagert durch den Kolben (25). Das Antriebselement (26) bewegt den Kolben (25) zum Anpressen der Einfülldüse (5) gegen den Flachschieber (8) im Angußkanal (7).

Der Plastifizier-Extruder wird mit Folienschnitzeln, einem Agglomerat aus Thermoplast- und Papierschnitzeln oder mit Granulat beschickt. Das plastifizierte Material wird durch das obere und untere Materialzuführrohr (3) über das geöffnete Absperrventil (4) durch die am geöffneten Flachschieber (8) sitzende Einfülldüse (5) in die Höhlung des geschlossenen Formwerkzeugs (2) intrudiert. Nach dem Füllen der Formhöhlung wird nach dem Erreichen des Fülldrucks das Absperrventil (4) geschlossen. Der Absperrschieber (8) wird ebenfalls geschlossen. Der horizontale Teil des Materialzuführrohres wird im Zwischenstück (21) mit dem Kolben (25) durch den Zylinderantrieb (26) zurückgezogen.

Danach führt der Winkeldrehantrieb (22) die Einfülldüse (5) vor den Angußkanal des nächsten entleerten Formwerkzeugs, und die Einfülldüse wird gegen den geöffneten Flachschieber gedrückt. Der Intrusionsvorgang beginnt.

Die Ventilbewegungen und die Drehbewegung sowie die Bewegung der Einfülldüse werden durch den Druckaufnehmer über eine speicherprogrammierte Steuerung gesteuert. Desgleichen das Öffnen des Formenträgers sowie das Entriegeln und die Betätigung etwaiger Entnahmehilfen.

Claims (25)

1. Anlage zur Herstellung von Formteilen aus thermoplastischen Kunststoffabfällen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Plastifizier-Extruder (1) die plastifizierten Kunststoffabfälle in Formwerkzeuge (2) intrudiert, indem die Verbindung vom Extruder zu den Formwerkzeugen durch ein Maßzufuhrrohr (3) hergestellt wird, wobei die Verbindung selbsttätig erfolgt.

2. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Extruder und Formwerkzeuge durch ein über zwei Bewegungen verfügbares Massezuführrohr ermöglicht wird, einer kreisenden und einer hin- und hergehenden Bewegung.

3. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisende Drehbewegung im Lager (20) erfolgt, welches sich im vertikalen Teil des Massezuführrohres befindet.

4. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hin- und hergehende Bewegung durch einen Linearantrieb (23) erfolgt, der den Kolben (22) betätigt.

5. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung durch einen Winkeldrehantrieb (24) mit einstellbarem Winkel erfolgt.

6. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Massezuführrohr (3), incl. Lager (20) und Zwischenstück (22) beheizbar ist.

7. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Massezuführrohr eine Einfülldüse (5) enthält.

8. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Massezuführrohr ein Absperrventil (4) enthält.

9. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil sich beim Anpressen gegen den Flachschieber (8) öffnet und beim Abheben durch Federkraft wieder geschlossen wird.

10. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (4) zwangsweise durch eine Betätigung (6) geöffnet und geschlossen wird.

11. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil ein Kugelventil ist.

12. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Massezuführrohr (3) eine Druckausgleichseinrichtung enthält.

13. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Plastfizier-Extruder (1) einen Bypass enthält, der die plastifizierte Masse bei Überdruck teilweise zurückführt.

14. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwerkzeuge (2) kreisförmig um die Drehachse des Lagers (20) angeordnet sind.

15. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwerkzeuge (2) zur Entnahme der Formteile geteilt sind.

16. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwerkzeuge mit Schiebern (8) ausgerüstet sind.

17. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwerkzeuge mit Auswerferhilfen zur Erleichterung der Entnahme der Formteile ausgerüstet sind.

18. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwerkzeuge mit Verriegelungen (18) versehen sind.

19. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwerkzeuge (2) mit einem Sensor ausgerüstet sind, der den Fülldruck an einer geeigneten Stelle in der Formhöhlung mißt.

20. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Angußkanal (7) und dem Beginn der Formhöhlung ein Schiebeventil (8) sitzt.

21. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schließen des Schiebeventils der im Schiebeventil verbleibende Materialbutzen durch einen Auswerfer entfernt wird.

22. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwerkzeuge (2) in Formwerkzeuggestellen eingebaut sind.

23. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwerkzeuge mit der oberen Hälfte an der Oberplatte (15) der Formwerkzeuggestelle und mit der unteren Hälfte an der Unterplatte (16) befestigt sind.

24. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 22 und 23, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Unterplatte durch einen hydraulisch betätigten Zylinder heben und senken läßt und die Oberplatte mechanisch oder von Hand in der Höhe verstellen läßt.

25. Anlage zur Herstellung von Formteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (2) eine Formhöhlung hat, die mehr als 20 kg Kunststoffabfall faßt.