DE2425627B2 - Spritzgiessvorrichtung zum herstellen von formkoerpern mit einer aussenhaut und einem kern aus thermoplastischen kunststoffmassen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spritzgießvorrichtung /um Herstellen von Formkörpern mit einer Außenhaut und einem Kern aus thermoplastischen Kunststoffmassen entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Evinc vergleichbare Vorrichtung ist aus der CH-PS 28 359 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung ist im Kinspritzzylinder ein Hohlkolben gleitbar angeordnet; der Hohlkolben kann hydraulisch vor- und zurückbewegt werden. In der vorderen Stirnseite des Hohlkolbens ist der verschiebliche Dornkörper gelagert; der Dornkörper ist an seinem vorderen Ende kegelförmig f>s ausgebildet und ragt damit in den entsprechend kegelförmig ausgehöhlten Kopf des Einspritzzylinders hinein Zur Führung des Dornkörpers dient eine zentrale öffnung in der vorderen Stirnseite des Hohlkolbens. Innerhalb des Hohlkolbens ist ein Schneckenkolben angeordnet, der über einen getrennten Antrieb axial verschoben und gedreht werden kann. Zum Betrieb der bekannten Vorrichtung ist jeweils ein getrennter Antrieb für den Hohlkolben und den Schneckenkolben erforderlich, deren Verschiebungen aneinander angepaßt werden müssen; erfahrungsgemäß erfordert dies beträchtlichen regelungstechnischen Aufwand.

Aus der FR-PS 12 90 262 ist ein Ventil mit einem bewegten Ventilkörper bekannt. Das Ventil steht mit zwei Quellen für unterschiedliche thermoplastische Kunststoffmassen in Verbindung und gestattet entweder der einen Masse oder der anderen Masse den Durchtritt in einen nachgeschalteten Formhohlraum. Hierzu kann der Ventilkörper eine Verschiebebewe gung innerhalb des Ventils durchführen und gestattet jeweils derjenigen Kunststoffmasse den Durchtritt durch das Ventil in den Formhohlraum, die unter größerem Druck herangeführt wird. Das geregelte, gleichzeitige Einbringen unterschiedlicher Kunststoffmassen in den Formhohlraum in der Weise, daß dort ein aus Außenhaut und andersartigem Kern bestehender Formkörper gebildet wird, ist mit diesem bekannten Ventil nicht möglich. In der Praxis muß an den mit der bekannten Vorrichtung erhaltenen Formkörpern mit dem Auftreten von Stockungsmarkierungen gerechnet werden, da die beiden Kunststoffmassen nicht in einem Schritt unter einheitlichem Druck in den Formhohlraum befördert werden, sondern in getrennten Schritten nacheinander unter ihrem jeweiligen Eigendruck.

Der Erfindung liegt eic Aufgabe zugrunde, eine Sprkzgießvorrichtung von der aus der CH-PS 5 28 359 bekannten Art bereitzustellen, welche gegenüber jener weniger unabhängig voneinander zu steuernde Teile aufweist, mittels der eine Masse aus von außenhautbildendem Material eingehülltem kernbildenden Material in einem Schritt unter einheitlichem Druck in einen Formhohlkörper befördert werden kann, so daß ein aus Kern und glatter Außenhaut bestehender Formkörper ohne Stockungsmarkierungen erhalten wird.

Ausgehend von einer Spritzgießvorrichtung der eingangs genannten Art ist die erfindungsgemäße Lösung obiger Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß der Dornkörper einen vorderen, der Düse zugewandten, verminderten Abschnitt aufweist, der zusammen mit der Innenwand des Einspritzzylinders einen ringförmigen Durchgang für die außenhautbildende, thermoplastische Kunststoffmasse bildet, daß der Dornkörper einen hint'Sren, erweiterten Kolbenabschnitt aufweist, der gleitend in der Bohrung des Einspritzzylinders verschiebbar ist, und daß das Einspritzelement in dem Einspritzzylinder verschiebbar angeordnet ist.

Ein besonderer Vorteil dieser erfindungsgemäßer Ausbildung einer Spritzgießvorrichtung besteht darin daß ein verschieblicher Hohlzylinder mit unabhängigen Antrieb innerhalb des Einspritzzylinders nicht erforder lieh ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungs gemäßen Spritzgießvorrichtung ist der Durchgangska nal im Dornkörper so ausgebildet, daß sein Strömungs widerstand größer ist als der Verschiebewiderstand de Dornkörpers innerhalb des Einspritzzylinders, so dal eine Vorwärtsverschiebung des Einspritzelementes au die Düse zu eine gleichgerichtete Vorwärtsverschie bung des Dornkörpers bewirkt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung de

erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung kann im zentralen Durchgangskanal des verschiebbaren Dornkörpers ein Rückschlagventil angeordnet sein.

Schließlich kann an der erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung eine Feststelleini ich tung zum axialen Feststellen des verschiebbaren Dornkörpers bei Anlage am vorderen Ende des Einspritzzylinders vorgesehen sein.

Die Spritzgießvorrichtup.g nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 bis 3 in schematischer Darstellung Schnitte in Längsrichtung durch verschiedene Ausführungsformen der Spritzgießvorrichtung.

Zu der mit F i g. 1 dargestellten Spritzgießvorrichtung gehört ein Einspritzzylinder 1 mit einer Düse 2 an seinem vorderen Ende, die durch ein Hahnventil 3 geöffnet und geschlossen werden kann. Die Düse 2 steht mit einer Spritzgießform 4 mit einem Formhohlraum 5 in Verbindung. Die Spritzgießform 4 besteht auf an sich bekannte Weise aus einer mit einer (nicht dargestellten) Halterungseinrichtung in Verbindung stehenden Patrize 6 und einer Matrize 7, welche zusammen den Formhohlraum 5 bilden; zur Verbindung des Formhohlraums 5 mit der Düse 2 dient ein Gießtrichter 8.

Zwischen der Patrize 6 und der Matrize 7 ist ein Dichtring 9 vorgesehen. Die Patrize 6 weist einen Durchlaß 10 auf, durch den unter Druck stehendes Gas in den Formhohlraum 5 eingeführt werden kanu.

Zum Einspritzzylinder 1 gehört eine vordere Kammer 34, die an die Düse 2 angrenzt. Der hintere Abschnitt der vorderen Kammer 34 steht über ein Rückschlagventil 15 und einem Extruderauslaß 14 mit einem üblichen Extruder 12 mit einer Extruderschnecke 13 in Verbindung. Das Rückschlagventil 15 läßt die thermoplastische, die außenhautbildende Kunststoffmasse durch die Rillen 16 in den Einlaß 16,4 zur vorderen Kammer 34 des Einspritzzylinders 1 eintreten; das Rückschlagventil 15 verhindert, daß diese Kunststoffmasse wieder in die Extrusionskammer des Extruders 12 zurückfließt.

Zum Einspritzzylinder 1 gehört auch eine hintere Kammer 35, in die mittels eines Einspritzelementes 19, beispielsweise einer konventionellen Spritzschnecke, unter Spritzdruck die thermoplastische, kernbildende Kunststoffmasse eingeführt wird. _4<j

Innerhalb des Einspritzzylinders 1 ist zwischen der vorderen Kammer 34 und der hinteren Kammer 35 ein Dornkörper 30 vorgesehen, der in die Bohrung des Einspritzzylinders 1 gleitend eingepaßt ist. Der Dornkörper 30 weist einen vorderen verminderten Dornkörperabschnitt 32 auf, der zusammen mit der Innenwand des Einspritzzylinders 1 einen ringförmigen Durchgang 33 bildet. Der Dornkörper 30 unterteilt somit die Bohrung des Einspntzzylinders 1 in die vordere Kammer 34 und die hintere Kammer 35. Der verschiebbare Dornkörper 30 weist einen zentralen Durchgangskanal 36 auf, der sich in axialer Richtung durch den Dornkörper 30 erstreckt, so daß die hintere Kammer 35 in einem zentralen Bereich der Querschnittsebene des Einspntzzylinders 1 mit der _m; vorderen Kammer 34 in Verbindung steht.

Während des Betriebs ist das Hahnventil 3 zuerst geschlossen. Die außenhautbildende Kunststoffmasse wird durch ilen ringförmigen Durchgang M aus dem Extruder 12 in die vordere Kammer 34 eingeführt, <,·, Wenn die außenhautbildende Kunststoffmasse in die vordere Kammer 34 eingeführt ist, wird der Dornkörper in durch den Extrusionsdruck des Extruders 12, welcher der eingeführten Menge an außenhautbildender Kunststoffmasse entspricht, zusammen mit dem Einspritzele ment 19 nach hinten bewegt. Anschließend wird die (cernbildende Kunststoffmasse plastifiziert und mittels des Einspritzelements 19 in die hintere Kammer 35 eingeführt; diese kernbildende Kunststoffmasse reichert sich unter Druck in der hinteren Kammer 35 und in dem zentralen Durchgangskanal 36 des Dornkörpers 30 an.

Wenn eine vorher festgelegte Menge der jeweiligen außenhautbildenden und kernbildenden Kunststoffmasse eingeführt ist, wird das Hahnventil 3 geöffnet und das Einspritzelement 19 wird nach vorne bewegt, wodurch diese Kunststoffmassen durch die Düse 2 und den Gießtrichter 8 in den Formhohlraum 5 eingespritzt werden.

Wenn der Strömungswiderstand in dem zentralen Durchgangskanal 36 des verschiebbaren Dornkörpers 30 gleich dem Verschiebewiderstand des Dornkörpers 30 innerhalb des Einspritzzylinders 1 oder geringer als dieser Verschiebewiderstand ist, dann wird durch die Bewegung des Dornkörpers 30 beim Einspritzen zuerst eine gewisse Menge außenhautbildende Kunststoffmasse eingespritzt, und anschließend werden die außenhautbildende und die kernbildende Kunststoffmasse gleichzeitig in den Formhohlraum 5 eingespritzt, wobei die kcrnbildende Kunststoffmasse von der außenhautbildenden Kunststoffmasse umgeben ist.

Wenn der Strömungswiderstand in dem zentralen Durchgangskanal 36 größer ist als der Verschiebewiderstand des Dornkörpers 30 innerhalb des Einspntzzylinders 1, dann drückt die außenhautbildende Kunststoffmasse den Dornkörper 30 nach hinten, ohne selbst in den zentralen Durchgangskanal 36 einzutreten. Da der Druck in der vorderen Kammer 34 wegen des Druckverlustes in dem zentralen Durchgangskanal 36 größer ist als der Druck in der hinteren Kammer 35, wird beim Einspritzen die außenhauibildcnde Kunststoffmasse mittels der Vorwärtsbewegung des verschiebbaren Dornkörpers 30 zuerst in den Formhohlraum 5 eingespritzt. Wenn die Spitze des Dornkörpers 30 in den vorderen Abschnitt der Zylinrlerbohrung einrückt, wird die kernbildende Kunststoffmasse durch den zentralen Durchgangskanal 36 des Dornkörpers 30 mittels des Einspritzelementes 19 in den Formhohlraum 5 eingespritzt.

Die in den Formhohlraum 5 eingespritzten außenhaut- und kernbildenden Kunststoffmassen werden dort unter Verfestigung abgekühlt, wodurch ein Formkörpei mit einer Außenhaut und einem Kern (Sandwich-Struktur) erhalten wird, der aus dem Formhohlraum ί herausgenommen werden kann.

Wenn zur Herstellung der Außenhaut des Forrnkör pers eine nichtverschäumbare Kunststoffmasse und zui Herstellung des Kerns eine verschäumbar Kunststoff masse verwendet werden, wird die Patrize 6 in eine it Fig. 2 durch eine gestrichelte Linie dargestellt! Position zurückgeführt, um das Volumen des Formhohl raums 5 ai vergrößern, wodurch ein Formkörper mi Sandwich· Struktur mit einer glatten Außenhaut erhi.il ten wird. Ansonsten wird vor dem Einspritzen tinte Druck stehendes Gas in den I ormhohlraum ' eingeführt, um eine vorzeitige Ausdehnung der vn schaumbaren Kunststoffmasse zu verhindern. Diese Gas wird nach Beendigung des Einspritzens aus der Formhohlraum 5 abgelassen. Wenn der Formhohlraut' 5 mit diesem unter Druck stehenden Gas gefüllt is können die Formharze in einem Volumen, das geringe ist als das Formhohlraumvolumen, in den Formhohl

raum 5 eingespritzt werden, um zufriedenstellende expandierte Formkörper zu erhalten.

Wenn der Formhohlraum 5 auf einen geringeren Druck evakuiert wird, kann das Expandieren der darin enthaltenen verschäumbaren Kunststoffmasse gefördert werden, um Stockungsmarkierungen an der Außenhaut des Formkörpers zu verhindern und um dessen durchschnittliches Expansi^nsverhältnis zu erhöhen.

Der verschiebbare Dornkörper 30 kann in einer ι ο solchen Position verankert werden, daß dessen Spitze mit dem vorderen Abschnitt der Bohrung des Durchgangskanals 36 bündig mit der Düse 2 in Berührung steht. Dies kann durch eine Feststelleinrichtung 40 erfolgen, wie sie mit F i g. 2 dargestellt ist; diese ιs Feststelleinrichtung 40 weist einen auf einem (nicht dargestellten) Rahmen befestigten Zylinder 41 und einen Kolben 42 auf, der in dem Zylinder 41 arbeiten kann. Der Kolben 42 weist ein Gestänge 43 auf, das sich durch die Wand des Einspritzzylinders 1 bis in dessen Bohrung erstreckt und mit der vorderen Schulter 44 des verschiebbaren Dornkörpers 30 im Eingriff steht.

In diesem Falle kann das Einspritzelement 19, beispielsweise eine Spritzschnecke, in eine in F i g. 2 mit einer gestrichelten Linie angedeutete Position zurückgeführt werden, so daß die sich in dem Formhohlraum 5 expandierende verschäumbare Kunststoffmasse in den zentralen Durchgangskanal 36 zurückfließen kann. Dadurch kann ein Oberschuß an der verschäumbaren Kunststoffmasse entfernt werden, nachdem die Haut des Verbundkörpers in dem Formhohlraum 5 teilweise ausgehärtet ist.

Mit Fig.3 ist eine modifizierte Form 30/4 des verschiebbaren Dornkörpers dargestellt; dieser Dornkörper 30/4 weist einen vergrößerten Abschnitt 31/4 auf, der durch eine anliegende Schulter 50 mit der Innenwand des Einspritzzylinders 1 im Eingriff stehen kann. Diese Anordnung kann verhindern, daß die Spitze des Dornkörpers 30/4 durch Aufprall auf den vorderen Abschnitt der Bohrung beschädigt wird. Der verschiebbare Dornkörper 30A weist auch ein Rückschlagventil 51 in seinem zentralen Durchgangskanal 36/4 auf, das vollständig verhindern kann, daß die außenhautbildende Kunststoffmasse aus dem ringförmigen Durchgang 33 in die hintere Kammer 35 eintritt. Der zentrale Durchgangskanal 36/4 kann eine Verengung 52 zur Erhöhung des Strömungswiderstandes und zur Regulierung des Einspritzvorganges aufweisen. An der äußeren Oberfläche des verschiebbaren Domkörpers 30/4 ist vorzugsweise eine Rille 53 vorgesehen, um den Reibungswider- stand des Dornkörpers 30/4 in der Bohrung des Einspritzzylinders Ϊ herabzusetzen.

Mit der vorliegenden Spritzgießvorrichtung können alle üblichen thermoplastischen Kunststoffmassen verarbeitet werden, die spritzgegossen werden können; Beispiele dafür sind Polyäthylen niedriger oder hoher Dichte, Polypropylen, Polystyrol, Acrylnitrit-Butadien-Styrol-Harze, Styrol-Acrylnitril-Harze, Polyvinylchlorid, Polymethylmethacrylat u.dgl. Es können auch Polycarbonat, Polyacetat, Nylon und Äihylenmischpolymerisate wie Äthylen/Vinylacetat-Mischpolymerisate, Äthylen/Äthylacrylat-Mischpolymerisate, Äthylen/ungesättigte Monofettsäure-Mischpolymerisate u. dgl. verwendet werden. Außerdem können die oben genannten Kunststoffmassen Füllstoffe, wie Glasfasern, Glaspulver, Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Talk, Glimmer, Asbest, Papier, Holzspäne u.dgl. enthalten. Die Kunststoffmassen, insbesondere die kernbildende Komponente, kann eines der üblichen Treibmittel, wie z. B. Pentan, Heptan oder Methanol enthalten. Es können auch thermisch zersetzbare Treibmittel wie Azodicarboamid, Ammoniumbicarbonat u. dgl. verwendet werden, die bei der Verschäumungstemperatur ein nichtkondensierbares Gas wie Stickstoff, Ammoniak oder Kohlendioxid bilden.

Mit der vorliegenden Spritzgießvorrichtung ist es möglich, zufriedenstellende Formkörper mit einer Sandwich-Struktur mit einer glatten Außenhaut ohne jede Stockungs.markierung herzustellen. Hierbei werden die Kunststoffmassen für die Herstellung der Außenhaut und des Kerns des Formkörpers mit der Sandwich-Struktur getrennt in die vordere Kammer und in die hintere Kammer, die räumlich voneinander getrennt sind, nacheinander so eingeführt, daß sich diese Massen nicht miteinander vermischen können; die Massen können leicht in den jeweils gewünschten Mengen dosier« werden.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Arbeitsweise der vorliegenden Spritzgießvorrichtung.

Beispiel 1

Verwendet wurde eine 567 g Spritzgießvorrichtung mit einem Aufbau entsprechend Fig. 1, zusammen mit einer Plattenform (Länge 250 mm. Breite 250 mm. Dicke 6 mm) und einem Extruder mit einem Durchmesser von 32 mm. Die außenhautbildende Kunststoffmasse bestand aus Styrol; die kernbildende Kunststoffmasse bestand aus mit Kautschuk verstärktem Polystyrol, das mit 2 Gew.-% handelsüblichem Titanoxyd vermischt war. Die außenhautbildende Kunststoffmasse wurde zuerst in dem Extruder plastifiziert und mit einer Zylindertemperatur von 200°C in den Einspritzzylinder eingeführt. Anschließend wurde die kernbildende Kunststoffmasse in dem rückwärtigen Abschnitt des Einspritzzylinclers mittels einer Spritzschnecke bei 200⁰C plastifiziert und unter einem Gegendruck von 100 kg/cm² der Spritzschnecke in die hintere Kammer und den zentralen Durchgangskanal eingespritzt. Die Volumina der außenhautbildenden und kernbildenden Kunststoffmassen betrugen 140 cm³ bzw. 260 cm³ Schließlich wurden die Kunststoffmassen unter einerr Spritzdruck von 600 kg/cm^J in den Formhohlraurr eingespritzt. Nachdem die Verbundmasse in derr Formhohlraum unter Verfestigung abgekühlt war wurde sie aus. dem Formhohlraum herausgenommen Der dabei erhaltene Formkörper wies eine transparen te, glänzende Außenhaut und einen weißen, steingutarti gen Kern auf. Der Kern war vollständig von der Hüll* umgeben; das Volumenverhältnis von Hülle zu Ken betrug 1 :2.

Beispiel 2

Verwendet wurde eine 567 g Spritzgießvorrichtun] entsprechend F i g. 2 zusammen mit einer Plattenform einrichtung (Länge 250 mm, Breite 250 mm, Dich 6 mm) und einem Extruder mit einem Durchmesser voi 32 mm. Die außenhautbildende Kunststoffmasse be stand aus Polystyrol, die kernbildende Kunststoffmassi bestand aus dem gleichen Polystyrol, versetzt mi 1,5 Gew.-Teilen n-Pentan und mit 03 Gew.-Teilei handelsüblichem Azodicarbamid und l.OGew.-Teilei handelsüblichem Talkpulver. Die jeweiligen Kunststoff massen wurden bei 200⁰C bzw. bei 220°C unter einer Gegendruck von 150 kg/cm² plastifiziert und reicherte sich in der vorderen Kammer und in der hintere

Kammer in Mengen von jeweils 160 cm³ bzw. 240 cm³ an. Diese Kunststoffmassen wurden unter einem Spritzdruck von 800 kg/cm² in den Formhohlraum eingespritzt. Der Formhohlraum war vorher mit Stickstoff bis auf einen Druck von 8 kg/cm² gefüllt worden; nach Beendigung der Spritzvorgänge wurde dieser abgelassen. Der verschiebbare Dornkörper wurde mittels der Feststelleinrichtung in einer solchen Position verankert, in der er mit dem vorderen Abschnitt der Zylinderbohrung bündig mit der Düse im to

Eingriff stand. Nach 3 see wurde die Spi itzschnecke nach hinten bewegt und anschließend das Hahnventil geschlossen. Der dabei erhaltene Formkörper wurde nach dem Abkühlen und Aushärten aus dem Formhohlraum herausgenommen. Der Formkörper wies eine glatte Außenhaut ohne eine Verwindungsmarkierung auf. Das durchschnittliche Ausdehnungsverhältnis be trug 1,7. Das in den Spritzzylinder zurückgeführte verschäumbare Material wurde in der nachfolgender Plastif'zierungsstufe wiederverwendet.

Hier/u 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. SpritzgieBvorrichtung zum Herstellen von Formkörpern mit einer Außenhaut und einem Kern aus thermoplastischen Kunststoffmassen, mit einem Einspritzzyiinder, der mit seiner Düse beim Einspritzvorgang an einer Spritzgießform anliegt, mit einem im Einspritzzylinder axial verschiebbaren Dornkörper, der einen koaxial zur Düse verlaufen- ι ο den, zentralen Durchgangskanal aufweist, mit Einrichtungen zu getrennter Zuführung der thermoplastischen Kunststoffmasse für die Außenhaut über die Außenseite des Dornkörpers und der thermoplastischen Kunststoffmasse für den Kern durch den zentralen Durchgangskanal des Dornkörpers und mit einem Einspritzelement durch dessen Druckwirkung beide thermoplastischen Kunststoff massen in den Formhohlraum der Spritzgießform eingespritzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Dornkörper (30, 30A) einen vorderen, der Düse (2) zugewandten, verminderten Abschnitt (32) aufweist, der zusammen mit der innenwand des Einspritzzylinders (1) einen ringförmigen Durchgang (33) für die außenhautbildende, thermoplastische Kunststoffmasse bildet, daß der Dornkörper (30, 30A) einen hinteren, erweiterten Kolbenabschnitt (31, 3IA) aufweist, der gleitend in der Bohrung des Einspritzzylinders (1) verschiebbar ist, und daß das Einspritzelement (19) in dem Einspritzzylinder (1) verschiebbar angeordnet ist.

2. Spritzgießvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgangskanal (36, 36A) des Dornkörpers (30, 30A) so ausgebildet ist, daß sein Strömungswiderstand größer ist als der Verschiebewiderstand des Dornkörpers (30, 30A) innerhalb des Einspritzzylinders (1), so daß eine Vorwärtsverschiebung des Einspritzelementes (19) auf die Düse (2) zu eine gleichgerichtete Vorwärtsverschiebung des Dornkörpers (30,30-4,) bewirkt.

3. Spritzgießvorr'.chtung nach den Patentansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im zentralen Durchgangskanal (3SA) des verschiebbaren Dornkörpers (30A) ein Rückschlagventil (51) angeordnet ist.

4. Spritzgießvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Feststelleinrichtung (40) zum axialen Feststellen des verschiebbaren Dornkörpers (30) bei Anlage am vorderen Ende des Einspritzzylinders (1).