Werkwijze voor het vervaardigen van een hol thermoplastisch
lichaam met een scheidinaselement.
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bevestigen van een element in een hol lichaam van thermoplastisch materiaal, meer bepaald een tank of container, dat vervaardigd wordt in een verwarmde meerdelige vorm volgens de op zichzelf bekende techniek van het rotatiegieten, door dit thermoplastisch materiaal in de vorm te smelten of in gesmolten toestand in deze vorm in te brengen, over de binnenwand van deze laatste te verdelen, het thermoplastisch materiaal nadien doen of laten stollen tegen deze binnenwand en het aldus verkregen hol lichaam uit de vorm te nemen.
Volgens de huidige stand van de techniek wordt eerst een hol lichaam vervaardigd door rotatiegieten en wordt dit vervolgens doorgezaagd. Tussen de aldus ontstane afzonderlijke delen van het hol lichaam wordt een element, meer bepaald een scheidingselement, geplaatst. Daarna worden de twee delen en het scheidingselement aan elkaar gelast zodanig dat uiteindelijk een hol lichaam met een erin vastgezet element bekomen wordt.
Deze werkwijze is omslachtig, kostelijk en tijdrovend door de opeenvolgende stappen die dienen uitgevoerd te worden. Ook vergt het vastlassen van het element een belangrijke vakkennis en blijft de las dikwijls een zwakkere plaats in de constructie van het hol lichaam.
Een andere methode bestaat erin het hol lichaam te vervaardigen volgens de bekende "blow-molding" techniek, volgens dewelke een slurf van thermoplastisch materiaal ("parison") door extrusie vervaardigd wordt en in nog weke toestand tegen de binnenwand van een gesloten tweedelige vorm onder invloed van perslucht gedrukt wordt tot het verkrijgen van het hol lichaam, waarbij middelen voorzien worden om het in dit laatste te bevestigen element in de vorm aan te brengen en in het nog weke materiaal van genoemde slurf vast te drukken.
Vooral bij de fabricatie van relatief grote holle lichamen, zoals tanks van een zeker volume, vertoont deze methode dikwijls niet te verwaarlozen nadelen door het feit dat de hechting van het ingebrachte element niet steeds betrouwbaar is, wegens het feit dat het thermoplastisch materiaal van de slurf enkel verweekt wordt en dit gedurende een relatief korte periode.
De uitvinding heeft hoofdzakelijk tot doel aan deze verschillende nadelen te verhelpen en een zeer eenvoudige werkwijze voor te stellen die toelaat op een snelle en efficiënte wijze een dergelijk element in een hol lichaam op een stevige en zeer betrouwbare manier te bevestigen.
Tot dit doel zet men het element in een vorm vast op de plaats welke het dient in te nemen in het hol lichaam, en gaat men vervolgens over tot het vervaardigen van dit laatste, volgens de genoemde rotatiegietmethode, zodanig dat het element met de in de vorm verkregen hol lichaam één geheel vormt.
Doelmatig maakt men gebruik van een element waarvan minstens de delen, die in contact komen met de wand van het hol lichaam, eveneens uit thermoplastisch materiaal bestaan, zodanig dat tijdens het vervaardigen van het hol lichaam deze delen versmelten met de wand van dit laatste.
Op een voordelige wijze maakt men gebruik van een plaatvormig scheidingselement waarvan minstens de randen uit thermoplastisch materiaal bestaan en tegen de wand van de vorm vastgezet worden zodanig dat tijdens het vervaardigen van het hol lichaam deze randen versmelten met de wand van dit hol lichaam.
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding maakt men als genoemd element gebruik van een thermoplastische plaat waarvan de randen nagenoeg passend geplaatst worden in een in de binnenwand van de vorm voorziene uitsparing.
Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hierna volgende beschrijving van een bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding ; deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en beperkt de draagwijdte niet van de uitvinding en gevorderde bescherming; de hierna gebruikte verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde figuren.
Figuur 1 is een schematische langsdoorsnede van een vorm in open positie. Figuur 2 is een schematische langsdoorsnede van een gesloten vorm met een scheidingswand.
De figuren 3 en 4 zijn opeenvolgende detailvoorstellingen van een deel van figuur 2 en geven de vorming weer van de versmelting tussen een scheidingswand en de wand van een hol lichaam.
Figuur 5 is een voorstelling in langsdoorsnede van een tank met scheidingswand verkregen volgens een specifieke uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding. Figuur 6 is een schematische voorstelling van de voor het vervaardigen van de in figuur 5 voorgestelde tank.
In deze verschillende figuren hebben dezelfde verwijzingscijfers betrekking op dezelfde elementen.
De uitvinding heeft als voorwerp een werkwijze voor het bevestigen van een thermoplastisch of minstens gedeeltelijk uit thermoplastisch materiaal bestaand element in een thermoplastisch hol lichaam, zoals een tank, een container of dergelijke, waarbij dit lichaam vervaardigd wordt volgens de techniek van het rotatiegieten. Dit is een op zichzelf bekende techniek volgens dewelke men thermoplastisch materiaal in een verwarmde vorm laat smelten of in gesmolten toestand in deze vorm brengt en over de binnenwand van deze laatste verdeelt om het vervolgens te doen of te laten smelten tegen deze binnenwand, waarna het aldus verkregen hol lichaam tenslotte uit de vorm genomen wordt.
In de werkwijze volgens de uitvinding wordt genoemd element in de vorm gebracht en vastgezet op de plaats welke het dient in te nemen in het hol lichaam. Dit wordt uitgevoerd voordat genoemd thermoplastisch materiaal wordt verdeeld in de vorm. Wanneer men vervolgens overgaat tot het vervaardigen van het hol lichaam zal dit laatste tezamen met het element één geheel vormen.
Bij voorkeur maakt men gebruik van een element waarvan minstens de delen die in contact dienen te komen met de wand van het hol lichaam uit thermoplastisch materiaal bestaan. Tijdens het vervaardigen van dit hol lichaam zullen deze delen versmelten met de wand van dit laatste om aldus een stevige verbinding te verwezenlijken.
Het genoemd element bestaat bijvoorbeeld uit een plaatvormig scheidingselement waarvan minstens de randen, die tegen de wand van de vorm vastgezet worden, in thermoplastisch materiaal uitgevoerd zijn. Aldus versmelten, tijdens het vervaardigen van het hol lichaam, deze randen met de wand ervan.
Meestal wordt voor genoemd element gebruik gemaakt van een massieve thermoplastische plaat, met
<EMI ID=1.1>
plaat waarvan minstens de randen uit massief thermoplastisch materiaal met voldoende dikte bestaan. De randen van deze plaat worden dan nagenoeg passend in een in de binnenwand van de vorm voorziene uitsparing geplaatst.
In een bijzondere uitvoeringsvorm wordt deze uitsparing in genoemde vorm gevormd door een gleuf die de randen van het element omsluit. Tussen de wand van de vorm en deze randen wordt dan een voldoende warmteoverdracht verkregen zodat deze laatste week worden en minstens gedeeltelijk smelten.
De verwarming van de vorm wordt zodanig geregeld dat het materiaal van de gesmolten randen van het element minstens gedeeltelijk onder invloed van de thermische uitzetting en het eigen gewicht van dit laatste, buiten de uitsparing uitstulpt en een ril vormt. Deze ril versmelt met de materie die de wand van het hol lichaam vormt.
Er kan bijvoorbeeld gebruik gemaakt worden als vorm van een matrijs welke overlangs deelbaar is in twee delen, waarbij genoemd element vastgezet wordt tussen deze twee delen bij het sluiten van de matrijs.
In figuur 1 is een dergelijke matrijs 1 in de open positie weergegeven. Deze matrijs 1 bestaat uit twee delen la en lb. De delen la en lb vormen elk een halve cilinder welke op elkaar kunnen aansluiten om een gesloten matrijs tot stand te brengen. In de zijwand 2 van deze delen la en lb zijn twee zich langs elkaar uitstrekkende ringvormige insnoeringen 3 voorzien waardoor tussen deze laatste, aan de binnenzijde van de matrijs, een uitsparing of gleuf 4 gevormd wordt.
Alvorens de matrijs 1 te sluiten wordt tegenover de gleuf 4 een plaatvormig scheidingselement 5 geplaatst en wordt langs weerszijden van dit scheidingselement 5 thermoplastisch materiaal onder vorm van poeder of korrels 6 in de matrijs 1 gebracht. Vervolgens wordt deze laatste gesloten en wordt de toestand bekomen zoals voorgesteld in figuur 2. Op deze manier wordt de rand 7 van het scheidingselement 5 nagenoeg passend in de gleuf van de matrijs 1 vastgezet. De speling bedraagt meestal ongeveer 0,5 mm.
Vervolgens wordt de matrijs verwarmd door middel van een niet voorgesteld uitwendige warmtebron, bij voorbeeld door deze in een niet voorgestelde op zichzelf bekende oven te plaatsen, en wordt deze matrijs tegelijkertijd aan een dubbele rotatie onderworpen rond haar langsas 8 en een dwarsas 9, ten einde het thermoplastisch poeder 6 over de binnenwand 2 van de matrijs 1 gelijkmatig te verdelen.
Door het verwarmen van de matrijs 1 zullen, enerzijds, het over de binnenwand van de matrijs verdeeld poeder 6, en, anderzijds het element 5 aan zijn randen 7, welke contact maken met de matrijs 1, smelten. Het poeder 6 zal een vloeibare laag 10 met een nagenoeg constante dikte tegen de binnenwand van de matrijs vormen, terwijl de gesmolten materie afkomstig van de rand 7 onder invloed van de thermische uitzetting en het eigengewicht van het element 5 zal uitstulpen uit de gleuf 4 tot het vormen van een ril 11 over de beide insnoeringen 3 die de gleuf 4 begrenzen (zie figuur 3). Deze ril 11 zal samenvloeien met de thermoplastische materie van de laag 10, die de wand van het hol lichaam, welk in de voorgestelde uitvoeringsvorm uit een tank bestaat, dient te vormen. (zie figuur 4)
Tijdens dit proces blijft de matrijs 1 aan een rotatie rond de assen 8 en 9 onderworpen om een goede verdeling van het gesmolten thermoplastisch materiaal te verkrijgen.
Daarna wordt geleidelijk overgegaan tot het afkoelen of laten afkoelen van de matrijs 1 waardoor de laag 10 en de rand 7 stollen of uitharden. Op deze manier ontstaan tussen de aldus uit de laag 10 gevormde wand van het hol lichaam en het plaatvormig element 5 een stevige versmelting 12 van hoge kwaliteit, zodat, in de praktijk, het element 5 met de wand 10 van het hol lichaam één nagenoeg homogeen geheel vormen.
Wanneer de materie van het hol lichaam en het element 5 voldoende verhard zijn, wordt de matrijs 1 geopend en wordt het aldus gevormd hol lichaam verwijderd.
Indien het hol lichaam een tank vormt, dient in deze laatste een toegangsopening voorzien te worden. Hiertoe wordt een ringvormig inzetstuk in de wand van het hol lichaam bevestigd. Dit kan geschieden volgens op zichzelf bekende technieken tijdens of na het vormen van het hol lichaam. Voor de duidelijkheid van de tekeningen en aangezien deze techniek geen deel uitmaakt van de uitvinding werd een dergelijke opening met overeenkomstig inzetstuk niet voorgesteld.
Het thermoplastisch materiaal waaruit het hol lichaam gevormd wordt, is een op zichzelf bekend materiaal dat gebruikt wordt bij het rotatiegieten.
Het thermoplastisch materiaal waaruit het in te brengen element bestaat is eveneens op zichzelf bekend en dient compatibel te zijn met dit waaruit het hol lichaam gevormd wordt, dit om een goede versmelting te verkrijgen tussen beide materialen. Aldus wordt de voorkeur gegeven aan een element uit een thermoplastisch materiaal dat analoog is aan dit van het hol lichaam.
Ter verdere illustratie van de uitvinding wordt hierna een concreet uitvoeringsvoorbeeld gegeven van de vervaardiging van een cilindervormige tank uit polyethyleen ("LLDPE"), zoals voorgesteld wordt in figuur 5, volgens de hierna beschreven werkwijze met een diameter van 700 mm, een lengte van 2300 mm en een wanddikte van ongeveer 6 mm. Als scheidingselement 5 wordt gebruik gemaakt van een zogenoemde sproeierhouderplaat ("nozzle plate") eveneens van polyethyleen (HDPE) met een dikte van ongeveer 40 mm.
De hiervoor gebruikte meerdelige vorm bestaat uit vier belangrijke volgens zijn langsas achtereenvolgens losneembaar tegen elkaar aansluitende onderdelen, zoals schematisch in figuur 6 voorgesteld wordt, met name een cilindrisch deel A, een ringvormig deel B, waarvan de binnenwand een ringvormige gleuf 4 vertoont, die tegen het cilindrisch deel A aansluit, en twee koepelvormige delen C en D die de vorm aan beide uiteinden afsluiten.
De naar elkaar gerichte randen van deze onderdelen A, B, C en D zijn voorzien van flenzen 13, welke toelaten deze aan elkaar vast te maken.
Zowel het onderdeel A als het onderdeel B bestaan uit twee met elkaar samenwerkende helften, op dezelfde wijze als de vorm 1 die schematisch in figuur 1 voorgesteld werd.
Nadat de plaat 5 in de vorm geplaatst werd en deze laatste gesloten werd, wordt in de vorm, langs weerszijden van deze plaat, zoals geïllustreerd wordt in figuur 2, een afgewogen hoeveelheid polyethyleen in poedervorm met een gemiddelde korrelgrootte van 3500 pm gebracht. In de ruimte, tussen de plaat 5 en het koepelvormig gedeelte D van de vorm, bedraagt de hoeveelheid poedervormig polyethyleen 30 kg, en in de kleinere tegenover liggende ruimte, welke hoofdzakelijk door het koepelvormig deel C begrensd wordt, bedraagt deze hoeveelheid ongeveer 10 kg.
De vorm wordt vervolgens in een oven geplaatst bij een temperatuur van 210[deg.]C en gedurende 28 minuten tegelijkertijd aan een rotatie om zijn langsas 8 van 10 t/m en van 5 t/m om de dwarsas 9 onderworpen.
Vervolgens wordt de vorm uit de oven genomen en gedurende 29 minuten bij kamertemperatuur afgekoeld alvorens de aldus vervaardigde tank ontvormd wordt.
De uitvinding is natuurlijk geenszins beperkt tot de hierboven beschreven en in bijgaande figuren voorgestelde uitvoeringsvorm, maar binnen het raam van de uitvinding kunnen meerdere veranderingen overwogen worden. Zo kunnen bijvoorbeeld in één matrijs meerdere elementen van eventueel verschillende vorm bevestigd worden. Ook kan het element van zeer uiteenlopende aard zijn. Zo kan het bijvoorbeeld bestaan uit een filterplaat, een sproeierhouderplaat ("nozzle plate"), een volledig dichte scheidingsplaat, een geraamte van verstevigingsribben, en dergelijke. Ook kunnen in plaats van een gleuf andere bevestigingsmiddelen voorzien worden.
Dikwijls is het gewenst de vorm te verwarmen alvorens deze te sluiten. De afkoeling van de vorm kan met water of lucht geschieden.
Naast polyethyleen kunnen ook andere thermoplastische materialen gebruikt worden voor het vervaardigen van desbetreffende tank, zoals polypropyleen, PVDF, enzovoorts.