Verfahren zum Verformen hochviskoser, natürlicher und künstlicher Harze und
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verformen hochviskoser, natürlicher und künstlicher Harze und im besonderen zum Verformen von Polyvinylchloridharz ohne Weichmacher.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei bisher bekannten Verformungsverfahren der hier in Betracht kommenden, allgemeinen Art war es üblich, das Harz in einem Vorweichmacherraum zu erwärmen und mittels irgendeiner geeigneten Vorrichtung zu rühren, z. B. mit einer Schnecke oder mit zwei zusammenarbeitenden Walzen, welche das weichgemachte Material in einen Einspritzraum bewegen, und zwar oft durch Brecherplatten, welche Partikel des Harzes zerbrechen und die Viskosität des letzteren weiter senken sollen und dann das Harz mit Hilfe eines Kolbens durch eine Düse in die Eingussöffnung einer Form zu treiben. Während dieses Verfahren im allgemeinen für Harze mit einem weiten Bearbeitungstemperaturbereich befriedigend arbeitet, ist es völlig unbrauchbar für Harze mit nur einem engen Bereich zwischen einer benötigten Arbeitstemperatur und der Temperatur, bei welcher das Harz nicht mehr verformbar ist.
So wurde nicht oder fast nicht weichgemachtes Polyvinylchloridharz bisher als nicht verformbar durch Verfahren des Einspritztyps angesehen.
Im besonderen wurde festgestellt, dass eine beträchtliche Temperaturerhöhung auftreten kann, wenn das Harz am Auslassende des Weichmacherraumes durch eine Einschnürung, wie z. B. eine Brecherplatte, gepresst wird, wobei diese Temperaturerhöhung nicht genügend kontrollierbar ist und eine sichere Arbeitstemperatur übersteigen kann. Weiter kann dieselbe Situation an der Ausgangsdüse einer üblichen Formmaschine eintreten, wo das Harz weiter erwärmt wird, wenn es mit erhöhter Geschwindigkeit durch einen konischen Düsendurchgang getrieben wird.
Diese Lage wird wesentlich verschärft, wenn das Material bei allen Temperaturen eine sehr hohe Viskosität hat, wie es zum Beispiel bei starrem Polyvinylchlorid der Fall ist, und wenn die Fliessgeschwindigkeit genügend reduziert wird, um diese übermässige Erwärmung zu vermeiden, dann kühlt sich das Harz in der Form zu früh ab und bildet keinen sauber geformten Teil.
Es wurde auch besonders im Falle der Ausgangsdüse, aber auch im Falle des Auslasses der Vorweichmachereinheit festgestellt, dass sich Harz zwischen verschiedenen Arbeitszyklen in diesen Durchlässen ansammeln kann. Wenn sich die Arbeitszyklen wiederholen, bilden sich mehrere Schichten des Materials übereinander auf den Wänden der eingeschnürten Durchlässe, so dass diese immer enger werden, und dass die Maschine schliesslich verstopft wird und zur Reinigung auseinandergenommen werden muss, oder dass ein Teilchen des abgelagerten Harzes losbricht, im bearbeiteten Material mitgeschleppt wird und ein unansehnliches und im allgemeinen defektes Formstück ergibt.
Da ferner der Reibungskoeffizient zwischen Harz und Harz grösser ist als derjenige zwischen Harz und sauberem Metall, besonders da das abgelagerte Harz oft eine rauhe Oberfläche aufweisen wird, verursacht die Gegenwart von Harz an den Wänden in der Maschine lokale Uberhitzungszonen.
Deshalb wird es wünschbar, ein Verformungsverfahren zu schaffen, bei welchem sich die ganze Menge des Harzes glatt und gleichmässig von der Vorweichmacherzone in den Formhohlraum bewegt, und welches besondere Arbeitsschritte enthält, um das Auftreten der oben beschriebenen möglichen Nachteile zu verhindern, wobei die gesamte Harzmenge nach dem Verfestigen im Formhohlraum als ein Stück aus der Maschine entfernt werden kann.
Gemäss dem Verfahren nach der Erfindung wird das Harz in eine Vorwärmekammer eingeführt, in der es erwärmt und mittels einer Schnecke umgerührt wird, in solcher Weise, dass dasselbe auf eine konstante Viskosität gebracht wird, worauf eine Charge des Harzes in einen Einspritzzylinder befördert wird, unter Beibehaltung der Viskosität und/ oder der Temperatur, worauf die ganze Charge durch das Arbeiten eines Einspritzkolbens unter hohem Druck, bei unveränderter Viskosität des Harzes in eine Form eingespritzt wird und dann die Charge verfestigt, die Form geöffnet und die ganze Charge als zusammenhängende Einheit in verfestigter Form aus der Form entfernt wird.
In der beiliegenden Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung dargestellt, und zwar zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht, zum Teil im Axialschnitt, einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
Fig. 2 eine Seitenansicht mit Teilen im Axialschnitt einer andern Ausführungsform einer solchen Vorrichtung,
Fig. 3 eine Modifikation eines Teils von Fig. 1,
Fig. 4 eine andere teilweise Modifikation von Fig. 1 und
Fig. 5 eine weitere teilweise Modifikation von Fig. 1.
Fig. 6, 7 und 8 zeigen Varianten eines Durchganges von einem Zylinderraum zu einem Formhohlraum der Vorrichtung,
Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX in Fig. 3 und
Fig. 10 eine Modifikation von Fig. 9.
Diese Vorrichtungen sind anwendbar zum Verformen nicht weichgemachten Polyvinylchlorids, welches im Gewerbe oft als hartes PVC oder starres PVC bezeichnet wird, z. B. auf Materialien wie Econ 402A und 401 (eingetragene Marke), welches durch die Firestone Tire and Rubber Company in Akron, Ohio, hergestellt und verkauft wird, oder wie Geon Nr. 8700 (eingetragene Marke), welches durch die Goodrich Chemical Company in Akron, Ohio, hergestellt wird, aber auch eines andern Harzes mit einer hohen minimalen Viskosität und einem engen B earbeitungstemperaturbereich, wie z. B. andere polymerisierbare Vinylhalide. Obwohl ferner im folgenden zu Darstellungszwecken thermoplastische Harze erwähnt sind, wird man erkennen, dass das Verfahren auch auf einige warm härtbare Plasticharze anwendbar ist.
Dementsprechend enthält einer der letzten Schnitte des Verfahrens, nämlich das Verfestigen des Harzes in der Form, normalerweise entweder das Abkühlen der Form im Falle von thermoplastischen Harzen oder das Erwärmen der Form im Falle von warmhärtbaren Harzen.
Das Harz kann zum Beispiel enthalten: 'a) Reines, nicht weichgemachtes Polyvinylchloridharz, b) einen Stabilisator wie Bleioxyd, Zinn oder Cadmium, c) ein Schmiermittel wie Karnaubawachs und d) ein Farbpigment, wenn ein solches erwünscht ist.
Nach einer Alternative kann das Harz jeden der obigen Bestandteile und zudem ein anderes Harz wie Puradien oder Styren enthalten, welches hinzugefügt werden kann, um gewisse physikalische Eigenschaften, wie die Schlagzähigkeit, zu verbessern, welches aber die Widerstandsfähigkeit gegen Chemikalien oder Hitze herabsetzen kann.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist eine Vorwärmeinheit 11, eine Einspritzeinheit 12 mit einem Einspritzzylinder 13 und eine Form 14 auf.
Die Vorwärmeinheit 11 weist ein Vorwärmergehäuse 15 auf, welches eine zylindrische, langgestreckte Vorwärmekammer 16 enthält, in welcher eine Schnecke 17 mit schraubenlinienförmigen Rippen 18 mit wenig Spiel, aber doch drehbar angeordnet ist.
Diese Schnecke 17 ist mit einer koaxialen Welle 19 versehen, welche an einem Ende der Schnecke befestigt ist und sich von demselben durch eine Öffnung im einen Ende des Vorwärmergehäuses 15 erstreckt. Ausserhalb des Gehäuses 15 trägt die Welle 19 ein angetriebenes Zahnrad 21. Dieses Zahnrad 21 kann mit einem treibenden Zahnrad 22 auf der Welle einer Kraftmaschine, wie z. B. eines Motors 23, in Eingriff treten, wodurch die Schnecke 17 wie erforderlich oder erwünscht gedreht wird. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann die Schnecke 17, wenn es erwünscht ist, in der Vorwärmekammer 16 in axialer Richtung gleitbar angeordnet sein und vom Kolben 24 eines Betätigungszylinders 25 hin und her bewegt werden. Der Zweck einer solchen axialen Hin- und Herbewegung der Schnecke 17 ist aus dem Folgenden ersichtlich.
Ein Einfülltrichter 26, welcher mit der Vorwärmekammer in Verbindung steht, ist in bekannter Art auf dem Vorwärmergehäuse 15 montiert. Heizelemente 27 sind um das Vorwärmergehäuse 15 herum ebenfalls in bekannter Weise angeordnet.
Die Schnecke 17, welche hier mit einem im wesentlichen konstanten Durchmesser dargestellt ist und mit der geraden Bohrung der Vorwärmekammer 16 zusammenarbeitet, kann auf viele verschiedene Arten modifiziert werden, wie z. B. in den Fig. 2 und 4 dargestellten. Ähnlich können die schraubenlinienförmigen Rippen 18 dieser Schnecke 17 in ihrer Anzahl, ihrer Steigung und ihren Abständen verändert werden. Solche Veränderungen sind im Gewerbe wohlbekannt. Die Schnecke 17 dient zum Erwärmen und Weichmachen des Harzes durch Rühren, Druck und innere Reibung zusammen mit der Erwärmung durch die Heizelemente 27, wäh renddem das erwähnte Harz durch die Schnecke von einem Ende der Vorwärmekammer zum andern Ende derselben bewegt wird, damit das Harz bis zum Zeitpunkt, in dem es das Ausgangsende 28 der Vorwärmekammer erreicht, vollständig auf eine gleichförmige Viskosität weichgemacht ist.
Es ist erforderlich, dass die Geschwindigkeiten des Vorschubes, des Rührens und der Kompression des Harzes in der Vorwärmekammer 16 sehr sorgfältig gesteuert werden, wie es nachstehend besprochen ist, da diese Funktionen der Schnecke 17 eine wesentliche Wirkung auf die Temperatur und/oder die Viskosität des weichzumachenden Harzes haben können.
Wenn eine am Ausgangsende 28 der Vorwärmekammer 16 konische Struktur verwendet wird, wie in Fig. 4 dargestellt, müssen die Abstände der schrau- benlinienförmigen Rippen 18 in geeigneter Weise angepasst werden, um einen zusätzlichen Druck oder ein übermässiges Rühren zu verhindern, welche die Temperatur und Viskosität des Harzes aus dem engen bearbeitbaren Bereich herausbringen könnten.
Die Form des Ausgangsendes 28 und des damit zusammenarbeitenden Schneckenendes soll also nicht das Weichmachen durch eine Düsenwirkung unterstützen, sondern soll eher das Entstehen irgendwelcher Ablagerungen von weichgemachtem Harz in diesem Gebiet während aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen der Vorrichtung 10 verhindern, wie im folgenden eingehender beschrieben.
Der Einspritzzylinder 13 ist an seinem obern Ende (Fig. 1) mit einem Zylinder 29 verbunden, welcher einen Kolben 31 enthält, der sich in den zylindrischen Einspritzraum 32 im erwähnten Einspritzzylinder 13 erstreckt. Der Kolben 31 ist bei dieser Ausführungsform vorzugsweise so konstruiert, dass er auf seiner Unterseite 33 eine einzige, ungebrochene Oberfläche aufweist, welche in einer horizontalen Ebene liegt. In diesem Falle kann der Einspritzraum 32 eine gerade Bohrung vom obern Ende beim Zylinder 29 durch die Öffnung 34 beim Ausgangsende 35 sein. So kann der Kolben 31 durch die Öffnung 34 unter das untere oder Ausgangsende 35 des Einspritzraumes 32 gesenkt werden. Der Kolben wird vorzugsweise auf irgendeine gebräuchliche Weise erwärmt, z. B. dadurch, dass ein Wärmeaustauschermedium in sein Inneres eingeführt wird.
Wie in den Fig. 1 und 9 dargestellt, hat der Einspritzraum 32 auf seiner ganzen Länge einen kreisrunden Querschnitt. Dieser Einspritzraum kann jedoch, wie in Fig. 10 dargestellt, eine quadratische oder andere Querschnittsform haben, wenn es erwünscht oder nötig ist.
Das Ausgangsende 35 des Einspritzraumes 32 kann auch etwas eingeschnürt sein, wie bei 39 in Fig. 4 und bei 41 in Fig. 5 dargestellt, wenn es sich um kleine Formportionen handelt. Dieses Ausgangsende 39 (Fig. 4) weist eine kugelige Endwand 36 auf, und die Öffnung 37 in derselben hat eine kleinere Querschnittsfläche als der Einspritzraum 32 zwischen seinem obern und untern Ende. In diesem Falle ist das untere Ende 38 des Kolbens 31 (Fig. 4) kugelig und hat einen im wesentlichen gleichen Radius wie die kugelige Endwand 36, und die untere Spitze des Kolbenendes 38 erstreckt sich etwas durch die Öffnung 37 aus dem Injektionsraum 32 hinaus.
Wie in Fig. 5 dargestellt, kann der Einspritzraum 32 ein konisch geformtes unteres Ende 42 aufweisen, welches eine zentrale Öffnung 43 von geringerem Durchmesser oder geringerer Querschnittsfläche als der Einspritzraum enthält. In diesem Falle ist das untere Ende des Kolbens 31 ebenfalls konisch, und seine Form stimmt im wesentlichen mit der Form der Endwand 42 überein. So erstreckt sich die Spitze des untern Kolbenendes 44 durch die Öffnung 43 aus dem Einspritzraum 32 hinaus, wenn das Kolbenende 44 gegen die Endwand 42 des Einspritzraumes anliegt.
Dementsprechend kann in den drei alternativen Formen des Kolbens und des Einspritzraumes, wie sie in den Fig. 1, 4 und 5 dargestellt sind, dieser Kolben 31 mindestens bis zum untern Ende des Einspritzraumes 32 reichen, in welchem er axial gleitbar angeordnet ist, oder vorzugsweise über dasselbe hinausragen. Es wird betont, dass die Ausgangsenden der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Einspritzräume nicht dazu verengert sind, um die Temperatur oder Viskosität des durchfliessenden Harzes wesentlich zu ändern. Diese Temperatur muss im wesentlichen innerhalb des erwähnten engen Bearbeitungsbereiches des behandelten Harzes bleiben, bis dieses die Form erreicht.
Diese Einschnürungen ermöglichen nur ein leichteres Arbeiten mit kleinen Formen und kleinen Portionen und werden nur dort verwendet, wo die Formportion genügend klein ist, so dass sich durch ihre Verwendung keine Temperaturerhöhung im durchfliessenden Harze ergibt.
Eine Eingangsöffnung 45 (Fig. 1) ist in der Seitenwand des Einspritzzylinders 13 zur Aufnahme des und/oder Verbindung mit dem Ausgangsende der Vorwärmeeinheit 11 vorgesehen. Die Längsachse der Vorwärmekammer 16 steht vorzugsweise senkrecht zur Längsachse des Einspritzraumes 32 und schneidet dieselbe (Fig. 1). Dies gilt auch für die in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellten alternativen Formen.
Wenn, wie in Fig. 9 dargestellt, ein im Querschnitt runder Einspritzraum 32 verwendet wird, berührt das benachbarte Ende der Schnecke 17 vorzugsweise die Innenwand dieses Raumes, und die schraubenlinienförmigen Rippen 18 erstrecken sich nur bis in die Berührungsebene, wodurch jede Störung der Bewegung des Kolbens 31 vermieden wird.
Wenn ein zylindrischer Einspritzraum vorhanden ist, ist es möglich, dass eine gewisse Ansammlung von Ablagerungen des vorweichgemachten Harzes am Ausgangsende der Vorwärmekammer in den Ecken entsteht, infolge der Tatsache, dass der Raum zylindrisch ist und dass das benachbarte Ende der Schnecke 17 mit dieser Form nicht geau überein stimmen kann. Um eine solche Ansammlung zu vermeiden, kann die Schnecke 17 durch den Zylinder 25 nach jeder Betätigung des Kolbens 31 in axialer Richtung hin und her bewegt werden.
Wo der Einspritzzylinder so geformt ist, dass er eine ebene Oberfläche 47 (Fig. 10) aufweist, in welcher die Eingangsöffnung 45 angeordnet ist, fällt jede Notwendig- keit einer solchen axialen Hin- und Herbewegung der Schnecke 17 dahin, da das benachbarte Ende der Schnecke 17 eben und mit der erwähnten ebenen Oberfläche 47 bündig sein kann. Ähnlich kann sich die schraubenlinienförmige Rippe 18 bis in die durch diese Oberfläche bestimmte Ebene erstrecken, aber nicht darüber hinaus.
Heizelemente 48 sind um den Einspritzzylinder 13 in einer bekannten Art angeordnet, um die Erwärmung des Harzes und die Aufrechterhaltung seiner Temperatur im erwähnten engen Bearbeitungsbereich zu unterstützen.
Das untere oder Ausgangsende 35 des Einspritzzylinders 13 ist mit einer Form 14 verbunden oder mit der obern Hälfte 49 einer solchen, wie in den Fig. 1 und 3 bis und mit 8 dargestellt.
In Fig. 1 steht die Ausgangsöffnung 34 mit der Eingangsöffnung 52 in der obern Formhälfte 49 in Verbindung und bildet eine Fortsetzung des Einspritzraumes. Bei einer Alternative kann die Öffnung wie bei 37 (Fig. 4) oder 43 (Fig. 5) divergent sein. In ähnlicher Weise kann die Eingussöffnung 52 nach unten erweitert oder eine gerade Bohrung sein.
Eine solche Erweiterung wird angebracht, um die Entfernung des geformten Stückes mit der Einguss öffnung aus den Formöffnungen zu erleichtern.
Wenn ein Einspritzraum 32 mit gerader Bohrung, wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt, verwendet wird, kann der Kolben 31 vorzugsweise über das Ausgangsende 35 des Raumes 32 hinaus in die Eingussöffnung 52 eindringen, je nach der Menge des in den Einspritzraum gebrachten Harzes, und doch vor der Berührung mit der gegenüberliegenden Wand der untern Formhälfte 54 stillstehen, wie in Fig. 3 dargestellt. Wenn jedoch Kolbenkonstruktionen verwendet werden, wie sie in den Fig. 4 und 5 dargestellt sind, muss dafür gesorgt werden, dass das untere Ende des Einspritzraumes vollständig vom untern Ende des Kolbens ausgefüllt werden kann, damit die vollständige Entfernung der gesamten Harzmenge aus diesem untern Teil und nachher mit dem geformten Stück aus der Form und der Einguss öffnung 52 gewährleistet ist.
Um dies zu erreichen, kann in der untern Formhälfte 54 ein Expansionsraum 55 angeordnet werden, welcher vorzugsweise der Eingussöffnung 52 gegenüberliegt, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Ein Mittel, wie z. B. ein Expansionskolben 56, ist im Expansionsraum 55 angeordnet, um dem Eindringen des Harzes in den Expansionsraum 55 einen Widerstand entgegenzusetzen. Der Widerstand des Kolbens 56 gegen eine Abwärtsbewegung wird durch ein Mittel, wie z. B. den Zylinder 57, erzeugt. Dieser Widerstand ist ge nügend gross, um eine vollständige Füllung des Formhohlraumes 53 mit Harz zu gewährleisten, ist aber zu klein, um die vollständige Abwärtsbewegung des Kolbens 31 im Zylinderraum 32 zu verhindern.
Leitungen 58 können in den beiden Formhälften in der üblichen Art und Weise angeordnet sein (Fig. 1), um ein Wärmeaustauschermedium zu führen oder um Heizelemente aufzunehmen, wie es die Bedingungen der Verfestigung des Harzes in der Form 14 erfordern.
Ein gebräuchliches Steuermittel ist in Fig. 1 bei 60 angegeben und koordiniert die Tätigkeiten des Kolbens und der Schnecke. Andere Ausführungsformen von solchen Vorrichtungen werden ähnlich gesteuert.
Fig. 2 zeigt eine modifizierte Ausführungsform 61 einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den oben beschriebenen vor allem dadurch, dass der Kolben 62 unter der Form 63 liegt und deshalb die Harzportion nach oben in die Form stossen muss. In allen andern Beziehungen kann diese Vorrichtung 61 im wesentlichen einer der oben beschriebenen Maschinen gleichen.
Das Verfahren wird durch die Arbeitsweise der oben beschriebenen Maschinen illustriert, aber nicht beschränkt.
Das Harz wird durch den Trichter 26 in irgendeiner geeigneten Menge in die Vorwärmekammer 16 eingeführt. Das Vorwärmegehäuse 15 und damit die Vorwärmekammer 16 werden anfänglich durch äussere Heizelemente 27 erwärmt. Die mechanische Bearbeitung des Harzes durch ein Rührmittel, hier durch die Schnecke 17, erhöht die Temperatur desselben auf einen Punkt innerhalb des erwähnten, engen Bearbeitungsbereiches und reduziert gleichzeitig die Viskosität des Harzes auf einen formbaren Wert.
Soweit die physikalischen Eigenschaften des Harzes von einer Charge zur andern und sogar innerhalb einer Charge nicht vollständig gleichförmig sind, ist auch die Beziehung zwischen Temperatur und Viskosität nicht genau gleichförmig. Da die Verformbarkeit des Harzes von seiner Viskosität abhängt, ist es wesentlich, dass die Viskosität im wesentlichen durchwegs gleichförmig ist, und zwar unabhängig davon, ob auch die Temperatur entsprechend gleichförmig ist. Deshalb wird durch das Bearbeiten des Harzes die zur Erreichung einer im wesentlichen gleichförmigen Viskosität angestrebt, welche nicht unbedingt eine im wesentlichen gleichförmige Temperatur der einzelnen Teilchen bedeutet, und die angegebene Vorrichtung erreicht dieses Ziel.
Wenn das Harz das Ausgangsende 28 der Vorwärmekammer 16 erreicht, ist es vollständig auf eine gleichförmige Viskosität weich gemacht und kann geformt werden. Der Motor 23 wird durch die Mittel 60 so gesteuert, dass seine Tätigkeit mit derjenigen des Kolbens 31 in Beziehung steht, so dass die Schnecke 17 nur dann gedreht wird, wenn der Kol ben in seiner zurückgezogenen Stellung ist, wie in Fig. 1 dargestellt.
Eine bestimmte Harzmenge, welche im wesentlichen genügt, um die Form, die Steiger und die Eingussöffnung zu füllen, wird bei jedem Arbeitszyklus der Maschine durch die Schnecke 17 direkt von der Vorwärmekammer 16 in den Einspritzraum 32 gepresst. Das Vorhandensein von Gewindegängen bis an das äusserste Ende der Schnecke garantiert, dass sich die gesamte Menge des Harzes unter Druck bewegt und dass sich kein Harz an den Wänden des Vorweichmacherraumes ansammeln kann.
Ein Heizelement 48 hält die Harzportion im Einspritzraum 32 auf der nötigen Temperatur zur Aufrechterhaltung der erwünschten gleichförmigen Viskosität, bis das Harz aus diesem Raum ausgestossen wird. Die Temperatur des Kolbens 31 wird auf solcher Höhe gehalten, dass die Viskosität des Harzes nicht wesentlich geändert wird. Dies hat zur Folge, dass sich kleine Materialmengen in weichgemachtem Zustand zwischen dem Kolben und der Wand des Einspritzraumes hineinarbeiten. Dieses Material wirkt als Schmiermittel und verhindert dadurch ein Steckenbleiben des Kolbens, wie es auftritt, wenn derselbe kalt ist, und es wirkt weiter als Dichtung zwischen dem Kolben und den Wänden des Einspritzraumes. Der Kolben wird durch den Zylinder 29 nach unten gedrückt und presst dabei die Harzportion aus dem Einspritzraum 32 in die Form öffnung 53.
Die Form wird gekühlt oder geheizt, je nach der Art des zu formenden Harzes, wodurch das Harz gehärtet wird. Die Formhälften werden dann getrennt, und das geformte Stück wird aus der Form entfernt, wobei der in der Eingangsöffnung 52 liegende Teil der Portion mit dem geformten Stück zusammenhängt und mit demselben aus der Form entfernt wird. Die kleine Materialmenge, welche während der Injektion längs den Unterseiten des Kolbens 31 nach oben gedrückt wurde, wird ebenfalls mit dem geformten Stück entfernt. Da der Stössel 31 schon vor dem Öffnen der Form in die in Fig. 1 gezeigte Stellung zurückgezogen wurde, ist die Vorrichtung jetzt, sobald die beiden Formhälften wieder geschlossen sind, für einen neuen Arbeitszyklus bereit.
Solche Arbeitszyklen können fortlaufend aufeinanderfolgen, wie es nötig oder erwünscht ist, wobei die Resultate immer dieselben sind, das heisst, wobei die gesamte Menge der in einem gegebenen Arbeitszyklus aus der Vorwärmekammer 16 ausgestossenen Charge am Ende dieses Arbeitszyklus mit dem geformten Stück aus der Form 14 entfernt wird.
Bei den in den Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten Ausführungsformen der Vorrichtung kann sich der Kolben 56 gegen einen geeigneten elastischen Widerstand unter der Wirkung des Druckes vom Kolben 31 abwärtsbewegen. So wird Raum zur Aufnahme von überschüssigem Material geschaffen, welches während eines bestimmten Zyklus ausgestossen wird, so dass sich der Kolben 31 unabhängig von Veränderungen der von der Schnecke 17 bei einem gegebenen Zyklus gelieferten Materialmengen bis zur Berührung des untern Endes des Injektionsraumes, das heisst der Fläche 36 in Fig. 4 oder der Fläche 42 in Fig. 5, senken kann. Dadurch wird sichergestellt, dass die gesamte von der Schraube 17 in einem bestimmten Zyklus gelieferte Materialmenge aus dem Einspritzzylinder entfernt wird und mit dem geformten Stück als Ganzes entfernt werden kann.
Wegen der sehr hohen Viskositäten der hier in Betracht kommenden Harze und besonders von nicht weichgemachtem Polyvinylchlorid sind sehr hohe Ein spritzdrucke erforderlich, und es ist nötig, dass ein solcher hoher Druck bis in die Form hinein herrscht, um ein festes Zusammenwachsen des Materials in derselben zu gewährleisten. Wenn Brecherplatten, Einschnürungen oder langgestreckte Düsen verwendet werden, ist der dadurch verursachte Druckverlust so gross, dass viel grössere Drucke auf den Kolben wirken müssten, als sie von den üblichen Maschinen aufgebracht werden können. Ferner würde die im Material beim Durchgang durch solche Einschnürungen erzeugte Reibungswärme die Temperatur weit über den zulässigen Bereich hinaus erhöhen, so dass Zersetzung oder Verbrennung eintreten würde, auch wenn solche Drucke erhältlich wären.
Dieser Druckabfall wird jedoch vermieden, indem das Material durch im wesentlichen hindernisfreie Durchgänge gedrückt wird, so dass der erforderliche hohe Druck durchgehend bestehen bleibt, aber keine übermässige Erwärmung zur Folge hat, welche entstehen würde, wenn das Material unter hohem Druck durch kleine Öffnungen gedrückt würde. Normalerweise werden auf den Kolben Drucke von über 1400 kg/cm ausgeübt, und eine erfolgreiche Spritzformung von nicht weichgemachtem Polyvinylchlorid wurde mit einem Kolbendruck von etwa 2600 kg/cm durchgeführt.
Die in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten, etwas eingeschnürten Öffnungen erhöhen diesen Druck nicht wesentlich über den für die nicht eingeschnürte Öffnung von Fig. 1 erforderlichen, wenn die hindurchzupressenden Mengen von Harz klein sind. Es wurde festgestellt, dass die Spannungen und Defekte im fertigen Produkt durch die Tatsache wesentlich reduziert werden, dass am Ausgangsende des Zylinderraumes keine Düse verwendet wird.
Im wesentlichen wird die ganze Portion des Harzes in die Form gepresst infolge der Tatsache, dass sich das untere Ende des Kolbens, wie in Fig. 3 dargestellt, bis in die Form erstreckt. So stösst der Kolben im wesentlichen die ganze Menge des Harzes aus dem Einspritzraum heraus, und es bleibt kein Material an den Wänden in der Nähe der Ausgangs öffnung zurück, welches folgende Harzportionen in folgenden Arbeitszyklen stören oder von diesen abgebrochen werden könnte, wodurch das entstehende geformte Stück entstellt oder sonst unbrauchbar gemacht werden könnte. Auch wenn der Kolben die Wände des Einspritzraumes nicht völlig säubert, können sich Rückstände doch nicht ansammeln. Die Menge solcher Rückstände steigt nie über die bei einem einzigen Hub des Kolbens zurückgelassene Menge und hat deshalb keine Folgen.
Wie oben erwähnt, kann die Schnecke 17 dort, wo ein im Querschnitt runder Einspritzraum 32 verwendet wird, mit Hilfe eines Kolbens 24 des hydraulischen Zylinders 25 nach jeder Aufwärtsbewegung des Kolbens 31 in axialer Richtung hin und her bewegt werden, um jeden Harzrückstand aus den Ecken 46 der Eingangsöffnung 45 beim Ausgangsende 38 des Raumes 16 zu entfernen, obwohl erfolgreiche Formprozesse mit zylindrischem Einspritzraum auch ohne eine solche Hin- und Herbewegung der Schnecke durchgeführt wurden.
Beim Formen von starrem Polyvinylchlorid, wie oben definiert, wurde gefunden, dass die Bearbeitungstemperatur um 8 bis 17"C schwanken kann, indem die Zersetzungstemperatur wenig über etwa 2000 C liegt, während das Weichwerden bei ungefähr 1840 C beginnt. Der optimale Formbereich scheint zwischen 194 und 2000 C zu liegen. Es ist deshalb klar, dass die Entfernung der gesamten Menge einer Charge aus dem Fliessweg der Charge durch die Vorrichtung während eines Arbeitszyklus für dieses Verfahren unbedingt wesentlich ist.
Dadurch, dass die gesamte Menge jeder bestimmten Charge des Harzes aus der Vorwärmekammer 16 in den Formhohlraum bewegt wird, ohne dass irgendein Teil dieser Charge in irgendeinem Punkte zwischen dieser Kammer 16 und dem Formhohlraum zurückbleibt, wird die Vorrichtung stets sauber gehalten, und es besteht keine Möglichkeit einer Ansammlung von Harzrückständen an den Wänden des Einspritzraumes, welche den Fluss der Harzportionen in späteren Arbeitszyklen behindern und schliesslich aufhalten könnte.
Obwohl das oben beschriebene Verfahren völlig zufriedenstellend ist und geformte Teile aus im wesentlichen nicht weichgemachtem Polyvinylchlorid ergibt, welche für eine ganze Reihe verschiedenster Zwecke verwendet werden können, sind noch bessere Resultate erzielbar, wenn noch ein weiterer Schritt in den Vorweichmachervorgang eingeschaltet wird.
Wie oben beschrieben, enthält der Vorweichmachervorgang nur eine Kombination von gleichzeitigem Mischen und Rühren und innerem und äusserem Erwärmen, durch welche das Material auf eine verformbare Viskosität gebracht wird. Wenn jedoch die Querschnittsfläche, durch welche das Material fliesst, nachdem es teilweise weichgemacht wurde, genügend verkleinert wird, um das Harz mit höherer Geschwindigkeit als die Umfangsgeschwindigkeit der Schnecke hindurchfliessen zu lassen, lassen sich im fertigen Produkt viel bessere Eigenschaften erzielen.
Im besonderen ergibt sich eine viel höhere Zugfestigkeit, welche sich bei der Herstellung von Rohrverbindungsstücken in einer höheren Bruchfestigkeit äussert, und es entstehen weniger Verschmelzungslinien und eine viel bessere Struktur im Material selbst. Als spezifisches Beispiel erhöhte dieser Schritt die Bruchfestigkeit von 5 cm Rohrverbindungsecken aus im wesentlichen nicht weichgemachtem Polyvinylchlorid (Exon 402 a) von 56 kg/cm2 auf 105 kg/cm2. Ein solcher Vorteil kann wirksam, aber nicht ausschliesslich durch eine Schnecke, wie die bei 1 8a in Fig. 2 dargestellte, erreicht werden, bei welcher der Unterschied zwischen dem innern Kerndurchmesser der Schraube und dem Durchmesser des Vorweichmacherraumes in einem Teil der axialen Länge der Schnecke wesentlich verringert und dann wieder vergrössert wird.
Hier wird diese Verringerung und mindestens ein Teil der Vergrösserung durch Veränderung des Kerndurchmessers der Schnecke bewirkt, während der Durchmesser der Vorwärmekammer konstant bleibt.
Während im vorstehenden angenommen wurde, dass sich die Schnecke bis zum Einspritzraum erstreck