DE2533338A1

DE2533338A1 - Verfahren zum formen eines gegenstandes, spritzgiessmaschine und mit dem verfahren hergestellter gegenstand

Info

Publication number: DE2533338A1
Application number: DE19752533338
Authority: DE
Inventors: John Patrick O'regan
Original assignee: LEADER MACHINERY
Current assignee: LEADER MACHINERY
Priority date: 1974-07-26
Filing date: 1975-07-25
Publication date: 1976-02-05
Also published as: FR2279535A1; FR2279535B3; DE2533338B2

Description

M)On München 80 Mühldorfstraße 25

Telefon (089) 496872 __ j , Telegramme patamus miinchen

Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang

DENIS LEADER (MACHINERY)LTD.
P 090

Verfahren zum Formen eines Gegenstandes, Spritzgießmaschine und mit dem Verfahren hergestellter Gegenstand

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen eines Gegenstandes, eine Spritzgießmaschine und einen mit dem Verfahren bzw. der Spritzgießmaschine hergestellten Gegenstand.

Eine Spritzgießmaschine mit hin- und hergehender Schraube weist eine horizontale Trommel auf, die gewöhnlich geheizt und mit einer plastifizierenden Schraube versehen ist. Von einem zweckmäßig angeordneten Behälter wird gewöhnlich thermoplastisches Material in Pulver- oder Granulatform der Trommel zugeführt und dort durch Heizen und Drehen der Schraube in der Trommel plastifiziert. Die Düse der Trommel ist mit einem zweckmäßigen Ventil zum Steuern der Strömung des plastifizierten Materials in eine schließbare, zweiteilige Form über einen Eingießkanal der feststehenden Formhälfte versehen. Die beiden Formhälften werden je von einer zugehörigen Formrrägerplatte getragen, wobei die beweglichen Formhälften gewöhnlich, durch einen oder mehrere Stössel einer zweckmäßigen mechanischen Vorrichtung oder einer hydraulisch betätigten Kniehebelvorrichtung bewegt werden, die auf die be-

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wegbare Formträgerplatte iwrkt. Typische thermoplastische Materialien, die mit einer solchen Maschine verarbeitet werden können, umfassen Polyäthylene hoher oder niedriger Dichte, Polypropylene, Polyester wie Polyäthylen-Terephthalat, Polystyrol,

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Polycarbonate, plastische Polyvinyl-Chloride und gewisse Acryl-Harze wie Polymethyl-

Methacrytat.

In der üblichen Einspritztechnik mit einer Spritzgießmaschine mit hin- und herbewegbarer Schraube wird das Einspritzventil geschlossen gehalten, wenn die Schraube rotiert und die Trommel geheizt wird, um die Charge des thermoplastischen Materials zu plastifizieren. Wenn die Charge plastifiziert ist, wird die Schraube rückwärts durch den in der Trommel erzeugten Druck weg von dem Ventil gedrückt. Wenn die gesamte Charge plastifiziert ist, wird das Einspritzventil geöffnet, und die Schraube wird in Richtung zur Einspritzdüse wie ein Kolben vorgeschoben, um die Charge in die geschlossene Form einzuspritzen. Nach ausreichender Abkühlung der Charge werden die beiden Formträgerplatten getrennt, um die Form bei gleichzeitigem Trennen der Eingußöffnung von der Düse (Abbrechen des Eingusses) zu öffnen ,wobei der geformte Gegenstand gleichzeitig aus der Form ausgeworfen wird. Die Form kann dann geschlossen und der beschriebene Zyklus wiederholt werden.

Für sehr einfach gestaltete Gegenstände wird eine zweiteilige Form benutzt; es ist jedoch auch möglich, Formen mit mehr, z.B. drei Formteilen vorzusehen. In diesem Fall können zwei oder mehr Formteile (z.B. Formtrennstücke oder -seitenwangen) von einer der Formträgerplatten getragen werden, und geeignete hydraulische oder mechanische Mittel können vorgesehen sein, um eine oder mehrere dieser Formteile relativ zur Formträgerp latte zu bewegen. Gewöhnlich sind zwei Formträgerplatten vorgesehen, jedoch können spezielle Formen auch drei oder mehr Platten aufweisen.

Spritzgießen kann auch unter Verwendung einer Spritzgießmaschine der Übertragerbauart (transfer type injection moulding machine) oder mittels einer Maschine von einfacher Kolbenbauart durchgeführt werden.

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Die maximale Charge an thermoplastischem Material, die beim Spritzgießen geformt werden kann, d.h. das maximale Volumen eines "Schusses", einer Ladung oder einer Charge, ist durch die Länge des Einspritzhubes der Schraube oder des Kolbens und durch die Größe der Trommel begrenzt, in der sich die Schraube oder der Kolben bewegt.

Weitere, die Größe des herzustellenden Gegenstandes beschränkende Faktoren sind durch die Schließkraft und durch die Schmelzviskosität des plastifizierten Materials gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Formen eines Gegenstandes mit einer guten Oberflächenbeschaffenheit und mit möglichst dünnen Wandstärken, - z.B. weniger als 5 mm -, mit niedrigen Beanspruchungen in den Wänden und mit einem grösseren Gewicht zu ermöglichen, als das Gewicht eines "Schusses", d.h. einer Ladung oder Charge der Spritzgießmaschine beträgt.

Die Erfindung ist auf das Spritzgießen von Gegenständen mit einen Kern aus einem Material und einer äußeren Schicht oder Haut eines anderen Materials anwendbar.

So kann das Verfahren gemäß der Erfindung das Einfüllen einer Ladung eines ersten thermoplastischen Materials in plastifiziertem Zustand in den erweiterten Formhohlraum ("erster Schuß"); das Einfüllen eines Schusses aus einem zweiten thermoplastischen Material in plastifiziertem Zustand in den Formhohlraum ("zweiter Schuß"); und vor Vollenden des Einfüll ens des zweiten Schusses das Bewegen des beweglichen Formteiles zur Verringerung des Volumens des Formhohlraumes auf die gewünschte Größe umfassen. Vorzugsweise umfaßt das Verfahren nach der Erfindung ferner den Schritt, in die Eingußöffnung der Form nachfolgend auf den "zweiten Schuß" einen weiteren Schuß des ersten thermoplastischen Materials ("dritter Schuß") einzufüllen, um den Eingießtrichter aufzufüllen.

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Der erste Schuß des ersten thermoplastischen Materials kann in einem Intrudieren bestehen. Alternativ kann er in den Formhohlraum eingespritzt werden. Bei einer weiteren Abwandlung kann das Intrudieren und Einspritzen kombiniert angewendet werden. Der zweite Schuß mit dem zweiten thermoplastischen Material kann ebenfalls mindestens teilweise durch Intrudieren in den Formhohlraum eingebracht werden, wird jedoch vorzugsweise vollständig durch Einspritzen eingebracht. Wenn das Verfahren ein Einfüllen des dritten Schusses in die Eingußöffnung umfaßt, geschieht dies vorzugsweise durch Einspritzen. Ein Intrudieren des ersten Schusses und/oder des zweiten Schusses hat den Vorteil, daß die Größe des zu formenden Gegenstandes über das theoretische Schußvolumen der Spritzgießmaschine hinaus vergrößert werden kann.

Bei der in dem Verfahren nach der Erfindung zu verwendenden Form können die in Berührung kommenden Flächen der Formteile senkrecht zur Schließrichtung verlaufen. Es können jedoch beliebig miteinander zusammenwirkende Flächen angewendet werden, z.B. kegelstumpfförmig zusammenwirkende Flächen oder andere schief zur Schließrichtung liegende Flächen. Solche Flächen können eben, konvex oder konkav ausgebildet sein oder sonstige ineinander greifende Konturen haben, vorausgesetzt, daß sie aneinander in Schließrichtung berühren, wenn die Form geschlossen ist.

Beispiele für verwendbares thermoplastisches Material beim ersten oder zweiten Schuß umfassen "hochdichtes" und "niedrigdichtes" Polyäthylen, Polypropylen und Polystyrol.

Wenn ein Intrudieren beim Einfüllen des ersten Schusses (und möglicherweise auch des zweiten Schusses) verwendet wird, kann der Größenvorteil, der durch die Erfindung erhalten wird, d.h. der mögliche Volumenzuwachs des geformten Gegenstandes über das theoretische Schußvolumen der Spritzgießmaschine hinaus, abhängig von der Gestalt des speziellen Gegenstandes und von dem verwendeten thermoplastischen Material variieren. So kann unter günstigen Umständen möglich sein, einen Größenvorteil zwischen 50 und 60 °/a zu erreichen, d.h. geformte Gegenstände, deren Gewicht zwischen

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150 und 160 % des "Luftschusses" der Maschine beträgt, wobei eine Schließkraft aufgewendet wird, die angenähert 70 % der maximalen Schließkraft der Maschine beträgt. Unter günstigen Bedingungen kann es möglich sein, Gegenstände mit geeigneter Gestalt und aus einem geeigneten Material mit einem Größenvorteil in der Größenordnung von 100 °/o und/oder Schließkräften von weniger als 7QP/o der maximalen Schließkraft der verwendeten Spritzgießmaschine herzustellen.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist eine Spritzgießmaschine Mittel zum Einfüllen eines ersten Schusses eines ersten thermoplastischen Materials in einem Formhohlraum, Mittel zum Einfüllen eines zweiten Schusses eines zweiten thermoplastischen Materials in den Formhohlraum und Steuermittel zum Steuern der Bewegung der Formteile und zum Steuern des Einspritzventiles auf, wobei diese Steuermittel derart bschaffen sein können, daß sie das Einfüllen eines ersten Schusses in den Formhohlraum während ■ des Erweiterns des Formhohlraumes ermöglichen und ferner das Volumen des Formhohlraumes vor oder gleichzeitig mit dem Beginn des Einfüllens des zweiten Schusses in den Formhohlraum oder währenddessen ermöglichen.Vorzugsweise sind die Steuermittel ferner dazu geiegnet, einen dritten Schuß des ersten thermoplastischen Materials vor dem Abbrechen des Eingusses einzufüllen.

Die Erfindung und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 schematische Skizzen von aufeinander folgenden Stufen beim Formen eines dünnwandigen Kunststoffgegenstandes und

Fig. 4 bis 7 ähnliche Skizzen von aufeinander folgenden Stufen beim Formen eines dünnwandigen Gegenstandes mit einem Kern aus einem ersten Kunststoffmaterial und einer Haut aus einem unterschiedlichen Kunststoffmaterial.

Fig. 1 zeigt eine zweiteilige Form mit einer festen und einer beweglichen Formhälfte 11 und 12, die bei 13 geringfügig voneinander getrennt sind, so daß der Formhohl-

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raum 14 eine Wandstärke von etwa 10 mm hat. In der Mitte der Endwand der festen Formhälfte 11 ist eine Eingußöffnung 15 vorgesehen, die an der Düse 16 einer Trommel 17 mündet.

Die Trommel ist beheizt. In der Trommel wird eine Schraube oder Schnecke 18 gedreht, so daß eine Charge aus Kunststoff, - in dem beschriebenen Beispiel hochdichtes Polyäthylen -, zum Trommelende hin gefördert wird. In der Düse wird ein Ventil 19 geöffnet, so daß der Kunststoff in den Formhohiraum 14 unter der Wirkung der Erhitzung und des Druckes der rotierenden Schraube einzuströmen oder zu intr -dieren beginnt, wie bei 21 angedeutet ist.

Das Eindringen oder Intrudieren findet langsam statt, d.h. es nimmt etwa 8 Sekunden in Anspruch; jedoch wird wenig von dem eindringenden Kunststoff durch Berührung mit der Formoberfläche gekühlt, und es bilden sich wegen der Breite der Wand keine Brücken zwischen entgegengesetzten Seiten der Formhohlraumwand.

Dann wird die Schraube 18 längs der Trommel unter größeren^ von einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung ausgeübten Druck nach vorn getrieben, um weiteres Material in den Formhohlraum während einer Sekunde einzuspritzen, worauf die Form wie in Fig. 2 dargestellt, mit einer Schließkraft von 90 Tonnen geschlossen wird. Der Kunststoff wird aufgrund der kombinierten Wirkung des Schließens der Form und des Einspritzdruckes schnell durch den Formhohiraum hindurchbewegt. Der Einspritzvorgang dauert eine weitere Sekunde nach dem Schließen der Form an, so daß der Formhohlraum vollständig gemäß Fig. 3 gefüllt wird, worauf das Einspritzventil 19 geschlossen wird.

Nach dem Abkühlen des Gegenstandes wird die Einspritzschraube 18 zurückgezogen, die Form geöffnet und der Gegenstand ausgeworfen.

Der Gegenstand hat eine Wandstärke von zwei mm und eine glatte Oberfläche mit einem geringen Grat im Bereich 13 der Formfuge und ist sehr widerstandsfähig.

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Bei einem abgewandelten Verfahren wird die Form vor Beginn des Einspritzens lediglich mit den intrmdierten Material im Formhohlraum geschlossen,und das Einspritzen findet vollständig bei geschlossener Form statt.

75 g des Materials werden in jedem Fall introdiert und 145 g eingespritzt, um einen Gegenstand mit einem Gewicht von 220 g mittels einer Maschine zu erzeugen, die ein theoretisch
bedeutend ist.

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ein theoretisches "Schuß"-Volumen von 200 cm hat, was mit 145 g je Schuß gleich-

Bei dem in den Figuren 4 bis 7 gezeigten Verfahren wird ein Gegenstand hergestellt, der einen festen Kern in einer glatten , gravierten, geprägten oder mit einer Textur versehenen Haut hat, welche entweder aus zu dem Kernmaterial unterschiedlichem Material mit guten Oberflächeneigenschaften oder aus dem gleichen oder ähnlichem Material wie das Kernmaterial besteht, z.B. gleiche chemische Struktur hat, jedoch im Vergleich zu frischem Material rekonstituiert ist. Die Spritzgießmaschine ist durch Vorsehen einer zweiten Trommel 23 und einer zweiten Schraube .24 modifiziert, um das feste Kernmaterial der Düse 16 zuzuführen.

Das Verfahren ist ähnlich wie das beschriebene und wird im folgenden summarisch geschildert.

Die Schraube 18 wird gedreht. Nachdem die Formteile in teilweise geschlossene Stellung gebracht sind, wird das Ventil 19 geöffnet, woraufhin eine Intrusion des Haut-Materials gemäß Fig. 4 beginnt. Dann wird die Schraube 24 vorgetrieben, um das Kernmaterial in die durch das zuerst intnjdierte |Material gemäß Fig. 5 einzuspritzen.

Die Form wird geschlossen, während Einspritzen des zweiten (Kern-) Materials fortgesetzt wird (Fig. 6).

Der erste Schritt des Material-Einfüllens in den Formhohlraum kann ein Einspritzschritt sein, ist jedoch vorzugsweise ein Intrudieren (oder "Fließformen"), wobei das

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Material in den Formhohlraum aufgrund seiner eigenen, durch das Heizen veranlaßten thermischen Ausdehnung und/oder unter der Wirkung der unter niedrigem Druck stehenden Schraube im Vergleich zu den beim Einspritzen entwickelten Druck eindringt, bei welchem die Schraube körperlich vorwärtsgetrieben wird.

Der erste Schritt kann teilweise ein Intrudieren und teilweise ein Einspritzen umfassen Der nächstfolgende Schritt ist vorzugsweise ein Einspritzen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Formen eines Gegenstandes die Arbeitsschritte des Einfüllens einer Masse aus thermoplastischem Material in einen erweiterten Formhohlraum mit einem größeren Volumen als demjenigen des herzustellenden Gegenstandes, Einfüllen weiteren thermoplastischen Materials in den FormhohJraum und Verringern des Volumens des Formhohlraums derart, daß dieses der Gestalt des gewünschten Gegenstandes entspricht, wobei der Schritt der Volumenverringerung des Formhohlraumes vor, gleichzeitig mit dem Beginn oder während dem folgenden Schritt, nämlich dem Einspritzen weiteren Materials, stattfindet.

Bei Verwendung einer üblichen zweiteiligen Form, bei der jedes Formteil je von einer Formträgerpiatte getragen wird, kann die Form mindestens teilweise während des Intrudierens geöffnet werden, um den erweiterten Formhohlraum zu bilden, wobei die so getrennten Formoberflächen/Tntrudieren einen größeren Abstand haben als die Wandstärke des fertigen Gegenstandes. Verringerung des Volumens des Formhohlraums wird in diesem Fall durch Schließen der Form nach dem Intrudieren erreicht.

Bei einem abgewandelten Verfahren besteht die Form aus zwei Hälften, von denen jede durch eine der Formträgerplatten getragen wird, jedoch mindestens einer der Formhälften relativ zu ihrer Formträgerplatte unter der Wirkung einer geeigneten hydraulischen oder mechanischen, an der Formträgerplatte angeordneten Vorrichtung bewegbar ist. In diesem Fall werden die· Formträgerplatten während des Verfahrens bis nach dem Einspritzschritt nicht bewegt, wenn die Form zum Auswerfen des geformten Artikel geöffnet wird.

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Bei einer weiteren Abwandlung umfaßt die Form drei oder mehr Teile, von denen mindestens zwei von einer der Formträgerpiatten getragen wird und mindestens eine dieser Formträgerplatten relativ zu ihrer entsprechenden Formträgerplatte mittels einer geeigneten mechanischen oder hydraulischen Vorrichtung oder an der Formträgerplatte angeordneten Vorrichtungen bewegbar Ist, wobei das verbleibende Formteil bzw. die verbleibenden Formteile von der anderen Formträgerplatte getragen werden (oder von einer der anderen Formrrägerpiatten im Falle einer Form, die drei oder mehr Formträgerpiatten erfordert). In diesem Fall können die Formträgerpiatten während des Verfahrens unbewegt bleiben und nur zum Auswerfen aus der Form, zur Formerweiterung und zur Verringerung des Formhohlraums bewegt werden, was durch Bewegung des bewegbaren Formteiles bzw. der bewegbaren Formteile erreicht wird.

Durch Anwendung dieses Verfahrens war es möglich, dünnwandige Gegenstände vorbestimmter Wandstärken von angenähert 2 mm guter Qualität unter Verwendung von hochdichtem Polyäthylen und einer Spritzgießmaschine herzustellen, deren theoretisches Schuß-Volumen geringer als das Volumen des geformten Gegenstandes ist. Zum Herstellen eines dünnwandigen Gegenstandes mit dem Verfahren nach der Erfindung, d.h. eines Gegenstandes mit einer Wandstärke von 5 mm oder weniger, einfacher Gestalt, wird nur eine zweiteilige Form benötigt, die von üblicher Bauart mit der Eingußöffnung im wesentlichen zentral von einer Hauptformfläche der festen Formhälfte sein kann. Bei geschlossener Form wird die Eingußöffnung so durch die Wandstärke des fertigen Gegenstandes von der Formoberfläche der beweglichen Formhälfte getrennt.

Um vorzeitiges Bilden von Brücken aus abgekühltem Material zwischen gegenüberliegenden Formoberflächen des Formhohlraumes zu vermeiden, sollte dieser während des ersten Arbeitsschrittes um ein solches Maß erweitert werden, daß die Formflächen der beiden Formhälften genügend weit voneinander getrennt sind, um Abkühlen eines wesentlichen Teils der intrudierten Masse vor Beginn des zweiten Arbeitsschrittes zu vermeiden.

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Allgemein gesprochen sollten die Formhälften zweckmäßig um 5 mm und gewöhnlich sogar mehr, d.h. 10 mm getrennt werden. Die Form kann vollständig geöffnet werden, d.h. die beiden Formhälften können bis zu dem größten durch die Maschine möglichen Ausmaß geöffnet werden. So kann der Abstand zwischen den beiden Formoberflächen der beiden Formhälften je nach Gestalt der Form und/oder der Maschine bei 15 mm oder mehr liegen. E'i ist jedoch bevorzugt, daß die bewegliche Formhälfte _r während des ersten Arbeitsschrittes so positioniert wird, daß das Kunststoffmaterial in

^s Berührung mit der Formeberfläche der bewegbaren Formhälfte vor Beginn des zweiten

Arbeitsschrittes kommt. Auf diese Weise wird die pfannkuchenartige Masse des Materials mindestens teilweise während mindestens eines Teils des ersten Arbeitsschrittes unterstützt und zeigt die Tendenz, eine im wesentlichen symmetrische Form bezüglich der Eingußöffnung anzunehmen. Die Form kann beheizt sein.

Die Form wird vor oder gleichzeitig mit dem Beginn oder während des zweiten Arbeitsschrittes geschlossen. Beim Formen eines besonderen Gegenstandes mit dem beschriebenen Verfahren wird ein optimales Gleichgewicht zwischen den in den beiden Arbeitsschritten eingefüllten Material mengen erreicht, und es kann ferner in einem

durch schrittweise Annäherung Optimierungsverfahrer/eine optimale Taktfolge erreicht werden. Während und nach dem letzten Schritt kühlt das Kunststoffmaterial, das in Berührung mit einer Formfläche steht, ab, und so muß der zweite Schritt durchgeführt werden, bevor das Abkühlen zu weit fortgeschritten ist.

Wenn auch offensichtlich keine theoretische obere Grenze für die Wandstärke des mit dem Verfahren formbaren Gegenstandes abgesehen von den durch die Spritzgießmaschine oder durch die Gestaltung der Form gesetzten Grenzen besteht, zeigen sich die größten Vorteile, wenn die gewünschte Wandstärke kleiner als 5 mm, d.h. etwa 2 mm oder noch geringer ist.

Beispiele für ein thermoplastisches Material, das bei dem Verfahren verwendet werden kann, umfaßen hochdichtes und niedrigdichtes Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol und Polymethyl-Methacrylaf. Der durch das Verfahren gewonnene Größenvorteil, d.h.

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die Volumenzunahme des geformten Gegenstandes über das theoretische Schußvolumen der Spritzgießmaschine hinaus kann abhängig von der Gestalt des speziellen Gegenstandes und dem verwendeten thermoplastischen Material variieren. Mit hochdichtem und niedrigdichtem Polyäthylen wurde ein Größenvorteil von zwischen 50 und 60 °/o erreicht, d.h. die Formung von Gegenständen, deren Gewicht zwischen 150 und 160 °/o des "Luftschusses" der Maschine beträgt, wobei die Schließkraft angenähert 70 °/o der maximalen Schließkraft der Maschine war. Unter günstigen Umständen kann es möglich sein, Gegenstände zweckmäßiger Gestalt aus einen geeigneten Material mit einem Größenvorteil in der Größenordnung von 100 % und/oder Schließkräften von weniger als 70/o der maximalen Schließkraft der Maschine herzustellen.

Typische Gegenstände,dre mit dem neuen Verfahren hergestellt werden können, sind beispielsweise Behälter für Chemikalien, Eimer, Haushaltwaren, Eiskrembehälter, Trinkbecher und ähnliche dünnwandige Gegenstände.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Spritzgießmaschine Steuermittel zum Steuern der Bewegung der Formteile und zum Steuern des Einspritzventil es auf, wobei die Steuermittel derart gestaltet sind, daß sie das Einspritzventil zum Öffnen vor dem Einspritzhub bei erweitertem Formhohlraum veranlassen, um Einspritzen von Material in den erweiterten Formhohlraum zu ermöglichen, und ferner derart, daß das Volumen des Formhohlraums vor oder gleichzeitig mit dem Beginn des Einspritzhubs oder während diesem verringert wird.

Bei einer Ausführungsform der Steuervorrichtung ist ein Grenzschalter zum Betätigen des Kolbens oder der Schraube bei dessen Vorwärtsbewegung während des Einspritzhubes vorgesehen, der die Volumenverringerung des Formhohlraumes aktiviert. Die Spritzgießmaschine ist zweckmäßig eine direkt schließende Maschine, bei der das Schließen der Form durch einen hydraulischen Stößel oder mehrere Stößel, die in Schließrichtung wirken, oder ein modifiziertes Kniehebelgestänge bewirkt wird, wobei die Form zeitweise durch Betätigen des Kniehebelgestänges geschlossen werden kann und das endgültige Formschließen mittels eines hydraulischen Stößels oder mehrerer Stößel bewirkt werden kann, die in Schließrichtung oder auf das Kniehebelge-

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stange selbst wirken, oder mittels einer mechanischen Vorrichtung, die in Formschließrichtung wirkt.

Die Erfindung ist auf ein Verfahren zum Formen von Gegenständen mit einem Kern aus Struktur-Schaum-Material unter Verwendung eines schäumbaren thermoplastischen Kunststoffes (das ist ein thermoplastischer Kunststoff, der ein Blähmittel enthält) anwendbar.

Wiederum ist es möglich, dünnwandige Gegenstände vorbestimmter Wandstärken von angenähert 2 mm guter Qualität mit einem Schaumkern unter Verwendung hochdichten Polyäthylens und eines zweckmäßigen Schäummittels herzustellen.

Beispiele thermoplastischer Materialien, die verwendet werden können, umfassen hochdichtes und niedrigdichtes Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol und EJymethyl-Methacrylat. Das Blähmittel kann _ein festes chemisches Blähmittel, ein niedrig siedendes Lösungsmittel, ein in die Schmelze injiziertes Gas oder eine Mischung zweier Komponenten sein, die durch Mischen in der Schmelze ein Gas entwickeln (z.B. Zinkpartikel und Säure).

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens umfaßt ein dem ersten Einspritzen vorausgehender Schritt das Intrudieren einer Masse aus schäumbaren thermoplastischem Material in den erweiterten Formhohlraum. Auf diese Weise ist es möglich, einen wertvollen Größenvorteil zu erringen, d.h. ein Anwachsen an Volumen des geformten Gegenstandes über das theoretische Schußvolumen der Spritzgießmaschine hinaus. Der Größenvorteil kann jedoch mit der Gestalt des jeweiligen Gegenstandes und dem verwendeten schäumbaren Material variieren.

zuletzt beschriebenen
Mit dem/Verfahren geformte Gegenstände hab τ einen geschäumten Kern und weisen so eine Gewichtsersparnis gegenüber Gegenständen auf, die aus einem äquivalenten nicht schäumbaren thermoplastischen Material geformt sind. So wurden z.B. Gegenstände mit einer Wandstärke von 2 mm und einem Schaumkern aus einem hochdichten schäumbaren Polyäthylen geformt, die etwa \Cf/o weniger als Gegenstände wogen,welche aus nicht schäumbaren hochdichten Polyäthylen geformt waren (d.h. aus dem gleichen Material, jedoch bei weggelassenem Schäumungsmittel).

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Dieser Aspekt der Erfindung ist an dem folgenden Beispiel erläutert. Beispiel

Behälterdeckel für chemische Behälter wurden aus einer schäumbaren, pigmentierten, hochdichten Polyäthylen-Mischung geformt, wobei eine Spritzgießmaschine der Bauart mit hin- und herbewegbarer Schraube und einem modifizierten Kniehebelgestänge verwendet ist, wobei das letzte Stück der Schließbewegung mittels eines direkt v/irkenden hydraulischen Stößels geschieht. Jeder Deckel hat einen Randabschnitt, ein zentrales, etwa 25 mm tiefer als der Rand liegendes Feld und eine herabhängende Lippe zum Zusammenwirken mit dem Rand des Behälters, wobei die Lippe die Außenwand eines ringförmigen U-Kanals auf der Unterseite des Deckels bildet. Der Durchmesser des Deckels betrug 289 mm und seine Stärke 2 mm. Jeder Deckel wog zusammen mit seinem Anguß zwischen 189 und 195 g und hatte einen sichtbaren, dünnen Schaumkern. Obwohl die Oberflächen des Deckels ein streifiges Aussehen hatten, waren sie ausreichend glatt. Die verwendete Form war eine übliche zweihälftige Form mit einer Eingießöffnung in der festen Formhälfte, so daß der Anguß zentral auf der Unterseite des mittleren Feldes des Deckels gebildet wurde. Die Form war so gestaltet, daß ihre Dichtstelle mit dem unteren Rand der Lippe zusammenfiel.

Die Spritzgießmaschine hatte eine Plastifizierschraube von 45 mm Durchmesser und

einem theoretischen Schußvolumen von 200 cm . Ein Luftschuß ergab 145 g hochdichten Polyäthylens. Die maximale Schließkraft der Maschine betrug 140 Tonnen. Die Heizvorrichtungen der Einspritzeinheit wurden so eingestellt, daß sie im rückwärtigen Bereich der Trommel eine Temperatur von 180 C, im mittleren Bereich der Trommel eine Temperatur von 195 C und im vorderen Bereich der Trommel an ihrem Düsenende 220 C und eine Düsentemperatur von 200 C lieferten .

Die Form wurde mit den Formflächen ό mm voneinander getrennt eingestellt, und es wurden 45 g einer schäumbaren hochdichten pigmentierten Polyäthylen-Mischung während 3,5 Sekunden in die teilweise offene Form intrudiert. Dann wurde der Einspritz-

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hub der Spritzgießmaschine ausgelöst, und die Form war über 90% des Einspritzhubes mit einer Schließkraft von 90 Tonnen geschlossen. Der vollständige Einspritzhub nahm etwa eine Sekunde in Anspruch. Der sich ergebende geformte Gegenstand hatte die gewünschte Gestalt und eine glatte Oberfläche mit einem geringen oder gar keinem Grat an der Abdichtstelle der Form. Der Gegenstand hatte insbesondere gute Festigkeitseigenschaften und widerstand wiederholten Hammerschlägen.

Die schäumbare pigmentierte hochdichte Polyäthylen-Mischung wurde durch Mischen von 100 Gewichtsanteilen eines pigmentierten hochdichten Polyäthylen-Granulates (einer Klassifizierung wie sie für konventionelle Formverfahren eher als für Struktur-Schaum-Formen empfohlen wird) mit ab o,5 Gewichtsteilen von Genitron EP-A (ein Produkt der Fisons Industrdjf Chemicals, Harston, Cambridge, CB2 5HU) als Blähmittel bereitet.

Zum Vergleich wurde ein Deckel in der gleichen Form aus einem nichtschäumbaren hochdichten Polyäthylen geformt. Dieser Deckel wog 220 g zusammen mit seinem Anguß.

Bei immer noch geschlossener Form wurde schließlich das Einspritzen des zweiten Materials gestoppt und Einspritzen des ersten Materials ausgelöst, um die Extremitäten des Formhohlraums bei 26 auszufüllen und den Angußbereich bei 27 abzudichten.

Zwei erfolgreich mit diesem Verfahren hergestellte Gegenstände sind Hunde-Futternäpfe mit einem Durchmesser von 228 mm (9 Zoll) und einem umgekehrten U-förmigen ' Außonrand, einem Gewicht von 126 g (4 1/2 ounces) und einer Wandstärke von 1,5 mm ( 0,0ό Zoll), sowie ein Blumentopf von 153 mm (6 Zoll) Tiefe und 204 mm (8 Zoll) Durchmesser mit einer Wandstärke von 1 mm (0,04 Zoll) sowie einem Gewicht von weniger als 56 g(2 ounces). In jedem Fall war der Kern aus Polystyrol und die Haut aus niedrig dichtem Polyäthylen.

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Die Beschreibung nimmt auf lntrudieren einer Charge eines thermoplastischen Materials Bezug, "lntrudieren" ist ein Verfahren, bei dem Im Falle einer durch eine Schraube gespeisten Spritzgießmaschine die Schraube gedreht wird, um die Charge in die Einspritzkammer zu speisen, und zwar sowohl bei unter Druck in ihrer Stellung gehaltener Schraube oder bei durch einen Anschlag gehaltener Schraube unabhängig davon, welche Stellung die Schraube in der Kammer einnimmt.

Bei Gegenständen und insbesondere Struktur-Schaum-Gegenständen mit einer Wandstärke von wenigstens 5 mm ist es keine Schwierigkeit, den Kunststoff durch die Form fließen zu lassen, selbst dann nicht, wenn der am weitestens von der Einspritzsteüe entfernte Abstand zum Rand des Gegenstandes, - der "Flußabstand" - , sehr groß ist. Bei Gegenständen mit dünneren Wandstärken besteht hier jedoch eine Grenze, bis zu der der Kunststoff ohne Anwendung der Erfindung fließen kann, der gemäß das Einspritzen anfänglich in die teilweise geschlossene Form stattfindet. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung hat ein Gegenstand aus einem Struktur-Schaum-Kunststoffmaterial eine Wand, von der ein wesentlicher Teil zwischen 2 und 4 mm.stark ist und dessen Fluß-/Wandstärkenverhältnis mindestens 30 ist. Das Fluß-/Wandstärkenverhaltnis ist definiert als der maximale Fluß- oder Strömungsabstand geteilt durch die minimale Wandstärke.

Ansprüche

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Claims

8000 München 80 Mühldorfstraße 25 «S.33338 Patentanwalt Dr.-Ing. R Liesegang Telefon (089) 49687 Tolegrammo patomus münchen Postscheck München 39418-802 DENIS LEADER (MACHINERY)LTD. P 090 08 Ansprüche

1.j Verfahren zum Formen eines Gegenstandes, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

- Einfüllen einer Masse aus thermoplastischem Material in einen erweiterten Formhohlraum, der ein größeres Volumen als der herzustellende Gegenstand hat,

- Einfüllen weiteren thermoplastischen Materials in den Formhohlraum,

- Verringern des Volumens des Formhohlraumes vor Beendigen des Einfüllens von weiterem Material, derart, daß der Formhohlraum der Gestalt des herzustellenden Artikels entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verfahrensschritt des Einfüllens von thermoplastischem Material ein Intrudieren ist oder umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere thermoplastische Material durch Einspritzen in den Formhohlraum eingeführt wird.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Formhohlraums vor Beginn des Einfüllens weiteren Materials verringert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Formhohlraumes bei Beginn des Einfüllens weiteren Materials verringert wird.

ό. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Formhohlraums während des Einfüllens weiteren Materials verringert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis ό, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material ein schäumbares Material ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zuerst eingefüllte Material ein thermoplastisches Material ist, das eine Haut des Gegenstandes bildet, und daß das weitere thermoplastische Material ein anderes Material ist, das den Kern des Gegenstandes innerhalb der Haut bildet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach Vollendung des Einfüllens des weiteren thermoplastischen Materials eine nochmalige Charge des ersten thermoplastischen Materials in den Formhohlraum eingefüllt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand mindestens in seiner gesamten Wand weniger als 5 mm stark ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei erweiteretem Formhohlraum, weicher die Gestalt des Gegenstandes bildet, mindestens teilweise die Wandstärke des Gegenstandes gleich oder größer als 10 mm ist.

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12. Spritzgießmaschine, gekennzeichnet durch Steuermittel zum Steuern der Bewegung der Formteile (11,12) und zum Steuern des Einspritzventiles (19), wobei die Steuermittel derart gestaltet sind, aaß sie das Einspritzventil zum Öffnen vor dem Einspritzhub bei erweitertem ' Formhohlraum (14) veranlassen, um Einspritzen von Material in den erweiterten Formhohlraum (14) zu ermöglichen, und ferner derart, daß das Volumen des Formhohlraums vor oder gleichzeitig mit dem Beginn des Einspritzhubes oder während diesem verringert wird.

13. Spritzgießmaschine nach Anspruch 12, geke η η ze i c h η et durch einen Grenzscheiter, der von dem Einspritzkolben bzw. der Einspritzschraube (18) beim Einspritzhub betätigbar ist und die Volumenverringerung des rormhohiraumes (14) auslöst.

14. Spritzgießmaschine nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch Mittel (18;23,24) zum Speisen zweier unterschiedlicher Materialien zu dem Einspritzventil (19) sowie Steuermittel zum Steuern der Reihenfolge, in welcher diese Materialien in den Formhohlraum gespeist werden.

15. Gegenstand aus einem geformten Kunststoffschaum, dadurch gekennzeichnet, daß seine Wand zu einem beträchtlichen Teil zwischen 2 und 4 mm stark ist und daß sein Fluß-/Wandsfärkenverhältnls bei mindestens 30.liegt.

Ιό. Gegenstand nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand einen Kern aus geschäumten Kunststoffmaterial und eine zusammenhängende Haut aus dem gleichen oder einen anderen Material aufweist.

17. Gegenstand nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der geschäumte Kern sich über die ganze Wandfläche erstreckt.

18. Verfahren zum Formen eines Gegenstandes, gekennzei chnet durch Einfüllen einer Masse aus schäumbaren, thermoplastischem Material in einen erweiterten Formhohlraum mit einem größeren Volumen als demjenigen des herzustellenden Ge-

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genstandes und Verringern des Volumens des Formhohlraumes derart, daß dieses der Gestalt des herzustellenden Gegenstandes entspricht, der eine kleinere Wandstärke als 5 mm hat.

19. Vorfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum einen gewünschten Gegenstand mit einem Fluß-/Wandstärkenverhältnis von mindestens 30 definiert.

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