Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Formstücken aus thermoplastischem Material
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formstücken aus thermoplastischem Material, insbesondere Kunststoff, das ausserhalb einer Form durch Wärmezufuhr plastifiziert und dann in diesem Zustand der Form zugeführt wird, sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es ist bekannt, das plastifizierte, thermoplastische Material z. B. mittels einer (oder mehrerer) achsial beweglichen Schnecke oder mittels eines Kolbens aus einer Plastifizier- oder Speicherkammer unter Druck in die Form einzuspritzen. Nach Beendigung des achsialen Vorschubs des Einspritzorgans wird die nächste Materialcharge (für den nächsten Formling) plastifiziert und vor dem zurückgehenden Einspritzorgan gespeichert, worauf der nächste Einspritzvorgang erfolgen kann. Mit ein und derselben Einrichtung lassen sich natürlich Formkörper verschiedenen Volumens herstellen, wobei das maximal mögliche Formkörpervolumen durch die Grösse des Speicherraumes, bzw. den maximal möglichen Arbeitshub des Einspritzorgans der Einrichtung gegeben ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren bezweckt demgegenüber eine Vergrösserung der erreichbaren Schussvolumen und ist zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, dass das Füllen der Form mit plastifiziertem Material in einer ersten Phase durch Intrusion und in einer zweiten Phase durch Spritzdruck erfolgt.
Die ebenfalls Erfindungsgegenstand bildende Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die Mittel zum Plastifizieren von thermoplastischem Material und eine Dosierkammer mit Einspritzorgan aufweist, welche Kammer über eine Düse mit dem Formhohlraum in Verbindung steht, ist dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Offenhalten der Düse wenigstens während einer Endphase des Plastifiziervorganges und vor dem Betätigen des Einspritzorgans vorgesehen sind.
Die Erfindung erreicht ihren Zweck demzufolge dadurch, dass der durch Volumendosierung mengenmässig festgelegten Einspritzphase eine auf praktisch druckfreiem Einlauf von Material in die Form beruhende Intrusionsphase vorangeht, die mengenmässig zur Hauptsache durch ihre Zeitdauer bestimmt ist.
Das Gesamtschussvolumen kann dabei gegenüber dem bisher erreichbaren, allein durch Druckspritzen erzielten Schussvolumen um ein Mehrfaches vergrössert werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist im Folgenden an Hand der beiliegenden Zeichnung, die schematisch ein Ausführungsbeispiel der ebenfalls Erfindungsgegenstand bildenden Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeigt, beispielsweise näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 im Axialschnitt die Einrichtung zu Beginn der Plastifizierphase,
Fig. 2 einen Schnitt analog Fig. 1 nach dem Vordosieren,
Fig. 3 einen Schnitt analog Fig. 1 während der Intrusionsphase, und
Fig. 4 einen Schnitt analog Fig. 1 während der Einspritzphase.
Die gezeichnete Einrichtung besitzt einen in üblicher Weise von Heizmänteln umschlossenen Plastifizierzylinder 2, in welchem eine durch nicht gezeichnete Antriebsmittel drehbare und achsial bewegbare Förderschnecke 3 angeordnet ist. In den die Schnecke 3 enthaltenden Hohlraum 2a des Plastifizierzylinders 2, mündet ein Einfülltrichter 4. Das konisch verengte Frontende dieses Zylinderhohlraums 2a steht über einen Förderkanal 5 mit einer Düse 6 in Verbindung, die über einen Einlasskanal 7a der Form 7 mit dem nicht gezeichneten Formhohlraum in Verbindung steht. Die den Förderkanal 5 enthaltende Frontverlängerung 2b des Plastifizierzylinders 2 ist ebenfalls von Heizmänteln lb umschlossen. Die Düse 6 kann durch einen Ventilstift 8, der durch einen angelenkten Winkelhebel 9 achsial hin und her bewegbar ist, geöffnet bzw. geschlossen werden.
Der um die Achse a schwenkbare Winkelhebel 9 ist durch nicht gezeichnete (mechanische, pneumatische, hydraulische oder elektrische) Mittel über einen geeigneten Zeitschalter, betätigbar.
Der erste Arbeitsschritt des Herstellungsverfahrens besteht im Einführen von plastifizierbarem z. B. körnigem Material durch den Trichter 4 in den Hohlraum 2a des Plastifizierzylinders 2. Die Düse 6 ist dabei geschlossen und die achsial stillstehende Schnecke 3 befindet sich in ihrer vorderen Endlage, die sie unmittelbar nach Beendigung des vorangehenden Formfüllarbeitsganges eingenommen hat. Das in den Plastifizierzylinder eindringende Material wird unter Wärmeeinwirkung plastifiziert ; dieses plastifizierte Material füllt den Raum 2a vor der Schnecke 3 und drückt diese entsprechend in ihre hintere Endlage. Diese hintere Endlage der Schnecke 3 ist durch einstellbare Anschläge begrenzt; dadurch wird der jeweils mögliche Schneckenhub festgelegt und somit das durch die Schnecke während ihres Vorwärtshubes aus dem Hohlraum 2a austreibbare Material dosiert (Fig. 2).
Anschliessend wird durch entsprechendes Schwenken des Winkelhebels 9 die Düse 6 geöffnet; die rotierende Schnecke 3 bleibt in ihrer hinteren Endlage. Das (aus dem Trichter 4 fortlaufend ergänzte) plastifizierte Material gelangt nun durch Intrusion aus dem Hohlraum 2a durch den Kanal 5 über die Düse 6 in die Form 7 (Fig. 3). Nach Ablauf der durch einen Zeitschalter festgelegten Intrusionszeit wird die rotierende Schnecke 3 axial nach vorn geschoben; da die Düse 6 in dieser Phase offen bleibt, wird dabei im Hohlraum 2a vor der Schnecke 3 gespeichertes, plastifiziertes Material durch den Kanal 5 in die Form eingespritzt und dabei fertig gefüllt. Anschliessend an dieses Füllen der Form (und nach Ablauf der üblichen Nachdruckzeit) wird die Düse 6 geschlossen und der nächste Arbeitsgang (Plastifizieren-Dosieren-Intrudieren und Einspritzen) kann beginnen.
Aus dem Vorangehenden ist ohne weiteres ersichtlich, dass durch die während der Plastifizierphase einsetzende und der Einspritzphase vorangehende Intrusionsphase das Schussvolumen jedes Arbeitsganges erheblich vergrössert werden; in der Praxis ist es ohne weiteres möglich, das Gesamtschussvolumen auf das 5fache des ausschliesslich durch Einspritzen erreichbaren Volumens zu erhöhen. Da das Einspritzen durch Axialvorschub der Schnecke unmittelbar und ohne jede Unterbrechung des Materialflusses auf die Intrusionsphase folgt, ist beim Uebergang von der einen Phase in die andere ein Einfrieren des Spritzlings bezw. die Bildung von störenden Markierungen an dessen Oberfläche nicht zu befürchten.
Es versteht sich, dass das Schussvolumen durch eine der Einspritzphase vorangehende Intrusionsphase nicht nur bei Spritzeinrichtungen mit Schnecke, sondern auch bei solchen Einrichtungen vergrössert werden kann, deren Einspritzorgan ein Kolben ist; wesentlich ist nur, dass zwischen Intrusion- und Einspritzphase kein Unterbruch im Materialfluss entsteht, was einerseits das Offenhalten der Düse, und anderseits die Materialzufuhr zur Düse bezw. zur Form in beiden Phasen aus dem gleichen Plastifizierraum und durch den gleichen Zuführkanal erfolgt. Zur Beschleunigung des Intrusionsvorgangs, der ja praktisch ohne Druckanwendung vor sich geht, können Mittel zur Vergrösserung des Düsenquerschnitts und/oder der Schneckendrehzahl während der Intrusionsphase vorgesehen sein.
Das beschriebene Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von Formkörpern aus thermoplastischem Kunststoff. Es ist aber auch möglich, niedrig schmelzende Metalle nach dem genannten, aus Intrusion und Spritzen kombinierten Verfahren zu Formkörpern zu verarbeiten.
Method and device for the production of molded parts from thermoplastic material
The present invention relates to a method for producing molded parts from thermoplastic material, in particular plastic, which is plasticized outside a mold by supplying heat and then supplied to the mold in this state, as well as a device for performing this method.
It is known that the plasticized thermoplastic material e.g. B. by means of one (or more) axially movable screw or by means of a piston from a plasticizing or storage chamber under pressure into the mold. After completion of the axial advance of the injection element, the next batch of material (for the next molding) is plasticized and stored in front of the returning injection element, whereupon the next injection process can take place. With one and the same device, molded bodies of different volumes can of course be produced, the maximum possible molded body volume being given by the size of the storage space or the maximum possible working stroke of the injection member of the device.
In contrast, the method according to the invention aims to increase the achievable shot volume and for this purpose is characterized in that the mold is filled with plasticized material in a first phase by intrusion and in a second phase by injection pressure.
The device for carrying out this method, which is also the subject of the invention, has means for plasticizing thermoplastic material and a metering chamber with an injection element, which chamber is connected to the mold cavity via a nozzle, is characterized in that means for keeping the nozzle open at least during an end phase of the plasticizing process and prior to actuation of the injection member.
The invention accordingly achieves its purpose in that the injection phase, which is quantitatively determined by volume metering, is preceded by an intrusion phase based on practically pressure-free inflow of material into the mold, which in terms of quantity is mainly determined by its duration.
The total shot volume can be increased several times over the previously achievable shot volume achieved by pressure spraying alone.
The method according to the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing, which schematically shows an exemplary embodiment of the device, which is also the subject of the invention, for performing the method.
In the drawing shows:
Fig. 1 in axial section the device at the beginning of the plasticizing phase,
FIG. 2 shows a section analogous to FIG. 1 after predosing,
3 shows a section analogous to FIG. 1 during the intrusion phase, and
4 shows a section analogous to FIG. 1 during the injection phase.
The device shown has a plasticizing cylinder 2 which is enclosed in the usual manner by heating jackets and in which a screw conveyor 3 which is rotatable and axially movable by drive means (not shown) is arranged. A filling funnel 4 opens into the cavity 2a of the plasticizing cylinder 2 containing the screw 3. The conically narrowed front end of this cylinder cavity 2a communicates via a conveying channel 5 with a nozzle 6, which is connected via an inlet channel 7a of the mold 7 to the mold cavity (not shown) Connection. The front extension 2b of the plasticizing cylinder 2 containing the conveying channel 5 is also enclosed by heating jackets 1b. The nozzle 6 can be opened or closed by a valve pin 8 which can be axially moved back and forth by a hinged angle lever 9.
The angle lever 9, which can be pivoted about the axis a, can be actuated by means (mechanical, pneumatic, hydraulic or electrical) (not shown) via a suitable timer.
The first step of the manufacturing process consists in introducing plasticizable z. B. granular material through the funnel 4 into the cavity 2a of the plasticizing cylinder 2. The nozzle 6 is closed and the axially stationary screw 3 is in its front end position, which it assumed immediately after completion of the previous form filling operation. The material penetrating into the plasticizing cylinder is plasticized under the action of heat; this plasticized material fills the space 2a in front of the screw 3 and presses it accordingly into its rear end position. This rear end position of the screw 3 is limited by adjustable stops; this determines the possible screw stroke in each case and thus the material that can be expelled from the cavity 2a by the screw during its forward stroke is dosed (FIG. 2).
Then the nozzle 6 is opened by appropriately pivoting the angle lever 9; the rotating screw 3 remains in its rear end position. The plasticized material (continuously supplemented from the funnel 4) now arrives by intrusion from the cavity 2a through the channel 5 via the nozzle 6 into the mold 7 (FIG. 3). After the intrusion time set by a timer has elapsed, the rotating screw 3 is pushed axially forward; Since the nozzle 6 remains open in this phase, plasticized material stored in the cavity 2a in front of the screw 3 is injected through the channel 5 into the mold and filled in the process. Following this filling of the mold (and after the usual holding pressure time has elapsed), the nozzle 6 is closed and the next operation (plasticizing-dosing-intruding and injection) can begin.
From the foregoing, it is readily apparent that the intrusion phase that begins during the plasticizing phase and that precedes the injection phase significantly increases the shot volume of each work step; In practice it is easily possible to increase the total shot volume to five times the volume that can only be achieved by injection. Since the injection follows the intrusion phase directly and without any interruption of the flow of material by the axial advance of the screw, the transition from one phase to the other causes the injection molding to freeze. there is no need to fear the formation of disturbing markings on its surface.
It goes without saying that the shot volume can be increased by an intrusion phase preceding the injection phase not only in the case of injection devices with a screw, but also in those devices whose injection element is a piston; It is only essential that there is no interruption in the flow of material between the intrusion and injection phase, which on the one hand keeps the nozzle open and on the other hand the material supply to the nozzle or to the mold in both phases from the same plasticizing chamber and through the same feed channel. To accelerate the intrusion process, which takes place practically without the application of pressure, means for increasing the nozzle cross-section and / or the screw speed can be provided during the intrusion phase.
The method described is particularly suitable for the production of moldings made of thermoplastic material. However, it is also possible to process low-melting metals into shaped bodies by the above-mentioned method, which combines intrusion and injection.