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Verfahren und Vorrichtung zum Formen von Gegenständen aus Polyamiden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen von Gegenständen, insbesondere von
Stäben, Stangen, Platten, Bändern u. dgl. aus geschmolzenen synthetischen linearen,
insbesondere hochschmelzenden Polyamiden, wie Polyhexamethylenadipinsäureamid und
Polyhexamethylensel)acinsäureamid, die unter dem Handelsnamen Nylon bekannt sind.
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Verschiedene Polyamide und insbesondere die hochschmelzenden Polyamide
sind bei hohen Temperaturen ziemlich leicht der Oxydation oder dem Abbau ausgesetzt.
Darüber hinaus sind diese Stoffe durch einen verhältnismäßig kleinen Wärmeleitfähigkeitskoefflzienten
gekennzeichnet, durch den das Erhitzen der Stoffe zum Schmelzen ziemlich langsam
vor sich geht. Ferner tritt bei einem örtlichen Erhitzen zur Beschleunigung der
Schmelzgeschwindigkeit durch Steigerung der Erwärmungstemperatur eine Steigerung
der Oxydation und/oder des Abbaues auf.
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Diese Stoffe haben außerdem verhältnismäßig scharfe Schmelzpunkte
und im geschmolzenen Zustand eine verhältnismäßig geringe Zähigkeit. Gewisse weitere
Stoffe dieser Art und besonders das Polyhexamethylenadipinsäureamid sind durch ein
starkes volumetrisches Schrumpfen bei der Verfestigung gekennzeichnet.
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Verschiedene dieser Eigenschaften und besonders der niedrige Wärmeleitfähigkeitskoeffizient
sowie die Neigung der Oxydation und/oder zum Abhau bei hoher Temperatur bieten besondere
Probleme beim Gießen dieser Stoffe, wobei diese Probleme sowohl während des Erhitzens
als auch während des eigentlichen Gießvorganges auftreten.
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In der USA.-Patentschrift 2 505 807 ist ein Verfahren beschrieben,
bei dem das Polyamid in Flocken-oder körniger Form in eine Form gebracht und die
beschickte Form dann zum Schmelzen der Einlage der Wärme ausgesetzt wird, worauf
ein Druckkolben oder Stempel in einem Ende der Form vorgedrückt und das Polyamid
unter Druck gekühlt wird. Früher diente die Form nicht nur als Gießform, sondern
auch als Aufnahmebehälter, in dem das Polyamid geschmolzen wurde.
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Ferner ist vorgeschlagen worden, das Polyamid in Flocken- oder körniger
Form in einen zylindrischen Behälter einzubringen und den beschickten Behälter dann
mit der Gießröhre in verbinden. Die Anordnung wird dann der Wärme ausgesetzt, wm
die Einlage zu schmelzen, worauf die Einlage unter Druck vom Behälter in die Form
übergeführt wird.
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Gemäß der Erfindung werden Gegenstände in Form von Stäben, Bändern,
Platten od. dgl. aus geschmolzenen synthetischen linearen Polyamiden dadurch geformt,
daß man das geschmolzene Polyamid in einen
auf die Schmelztemperatur desselben aufgeheizten
Zwischenbehälter einfüllt und aus diesem unter Druck in eine oder mehrere Formen
spritzt.
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Vorzugsweise spült man den Behälter vor dem Einbringen des Polyamids
mit einem inerten Gas. Weiterhin ist es von Vorteil, die Form auf eine unterhalb
des Schmelzpunktes des Polyamids liegende Temperatur zu erhitzen.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens
weist gemäß der Erfindung einen vorzugsweise zylindrisch geformten Zwischenbehälter
auf, der am einen Ende durch eine gegehenenfalls kolbenartig in ihm bewegliche Platte
abgeschlossen ist, die in der Mitte eine Öffnung zum Anschluß einer mit einer beheizten
Förderschnecke verbundenen Düse während des Füllens des Zwischenbehälters mit der
Schmelze aufweist, wobei entweder diese Platten selbst oder ein besonderer in den
Zwischenbehälter eingeführter Druckkolben in Verbindung mit einer am gegenüberliegenden
Ende angeordneten Spritzdüse während des Einspritzens der Schmelze in die an die
Spritzöffnungen angeschlossenen Formen als Druckorgan dienen.
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Vorzugsweise ist die Austrittsdüse des Zwischenbehälters während
des Füllens mit der Schmelze durch eine Membran abgedeckt.
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Zur Ausübung des Verfahrens wird wie folgt vorgegangen. Zuerst wird
das flockige oder körnige Polyamid kontinuierlich als Säule eingeführt,und die vorrückende
Säule
der Wärme ausgesetzt, so daß das Polyamid schmilzt unddadur.h ein stetig strömender
Strom geschmolzenen Polyamids erzeugt wird. Eir v orerhitzter, zylindrischer Zwischenbehälter
wir. dann mit geschmolzenem Polyamid beschickt und die Form anschließend mit dem
beschickten Behälter verhunden, wobei die Formhöhlung in Verbindung mit der Behälterhöhlung
steht. Dann wird ein Druckkolben im zylindrischen Behälter vorgeschoben, utn die
geschmolzene Beschickung aus dem Behälter in die Form selbst zu überführen. Die
in dem Behälter eingeführte Beschickung weist ein größeres Volumen als das der Form
auf, und die mit dem Polyamid beschickte Form wird dann gekühlt, während der Drcck
des Kolbens auf das überschüssige Polyamid im Behälter aufrechterhalten wird.
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Die Verwendung des oben beschriebenen Zwischenbehälters sowie seine
Vorerhitzung und Beschickung mit geschmolzenem Polyamid, das in einem Strom zugeführt
wird, ist von großer Bedeutung für ein verhältnismäßig schnelles Gießen der Stücke,
während gleichzeitige Oxydation und Abbau des Stoffes vermieden wird. Dies gilt
besonders, wenn das Polyamid in einer stetig vorrückenden Säule verhältnismäßig
kleinen Querschnitts geschmolzen wird, wie es hier vorgeschlagen wird.
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Der nach der Erfindung verwendete Zwischenbehälter ist vorzugsweise
zylindrisch, und in jedem Fall bildet eine Abschluß wandung des Zylinders einen
Druckkolben verhältnismäßig geringer axialer Abmessung, verglichen mit der Länge
des Zylinders.
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Diese Zylinderkolbenanordnung ist äußerst wirksam für das Aufbringen
des Gießdruckes, der nicht nur dazu dient, den geschmolzenen Stoff vom Zwischenbehälter
weiterzuführen. sondern auch dazu. den Gießdruck in der dazu gehörenden Form hervorzurufen.
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Auf diese Weise lassen sich Gegenstände verschiedener Art, sogar von
winkeliger Gestalt, unter hohem Schmelzrdruck (wie er beispielsweise für die Herstellung
von Klangstücken mit guten physikalischen Eigenschaften Verwendung findet) herstellen,
ohne daß es notwendig ist, einen in einer winkeligen Formhöhlung wirkenden Winkelkolben
zu verwenden.
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Ein weiterer Vorteil der Anordnung und des beschriebenen Verfahrens
liegt darin, daß der Zwischenbehälter einen beträchtlichen Durchmesser haben kann,
ohne daß Oxydations- und Abbauschwierigkeiten auftreten, die sich ergeben, wenn
die Schmelzwärme eine beträchtliche Stofftiefe durchdringen muß.
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Natürlich liegt der Grund dafür darin, daß nach der Erfindung der
Zwischenbehälter mit vorgescllmolzenein Material beschickt wird, statt daß man sich
auf das Schmelzen der Einlage im Behälter selbst verläßt.
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Diese Eigenschaft ist besonders wichtig, wenn Gegenstände beträchtlichen
Volumens gegossen werden sollen. Sie ermöglicht darüber hinaus sogar das gleichzeitige
Gießen einer Anzahl von Gegenständen in einer Anzahl von Gießformen, die jeweils
mit ihrer Formhöhlung in Verbindung mit der Höhlung eines einzigen Behälters stehen.
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Beispielsweise Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind
im folgenden an Hand der Zeichnungen dargestellt, wobei die Erfindung jedoch keineswegs
auf diese speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Die Zeichnungen zeigen
in Fig. 1 einen axialen Querschnitt durch eine Anordnung eines Behälters und eines
Schmelzrohres zur Herstellung länglicher Stangen, Fig. 2 eine Ansicht einer Polyamid-Schmelzanordming
nach der Erfindung und einen Behälter nach
Fig. 1, der mit dler Schmelzanordnung
zum Zweck der Beschickung verbunden ist, Fig. 3 eine Umriß ansicht einer Anordnung,
deren Verwendung später noch beschrieben wird, Fig. 4 eine zweite Ausführungsform
einer Anordnung im axialen Schnitt durch einen mit geschmolzenem Polyamid beschickten
Behälter, der mit einer Anzahl von Gießformen in Verbindung steht, Fig. 5 einen
Querschnitt längs der Linie 5-5 der Fig. 4, Fig. 6 eine ähnliche Ansicht wie in
Fig. 4, wobei sich die Teile jedoch in einer anderen Lage befinden.
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Fig. 7 eine Ansicht, in der das Beschicken einer anderen Ausführungsform
des Zwischenbehälters dargestellt ist, Fig. 8 eine Ansicht des beschickten Behälters
nach Fig. 7 in Verbindung mit einer Form, Fig. 9 eine Teilansicht, in gewissen Teilen
den Fig. 7 und 8 ähnlich, jedoch eine abgeänderte Vorrichtung darstellend.
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Wie aus den Fig. 1 bis 4 ersichtlich, ist der Behälter 10 röhrenförmig
ausgebildet und an der Innenfläche glatt. Das Rohr ist an seinem unteren Ende mit
einem Stempel versehen, der vorzugsweise aus einem Metall hergestellt ist. welches
einen höheren Ausdelhnungskoeffizienten als das Material des Rohres selbst hat.
Beispielsweise kann das Rohr aus Stahl und der Stempel aus Bronze sein. Sind Stempel
und Rohr feinstbearbeitet, so kann der Stempel leicht in kaltem Zustand eingesetzt
werden. Wird die Form dann erhitzt, so dehnt sich der Stempel infolge seines höheren
Ausdehnungskoeffizienten stärker aus und dichtet so das Rohr ab. In der Nähe des
oberen Endes des Rohres ist ein weiterer Stempel 12 eingesetzt, der ebenfalls aus
einem Material besteht, das einen höheren Ausdehnungskoeffizienten als das des Rohres
aufweist. Dieser Stempel hat eine Mittelöffnung 13, durch die der Behälter beschickt
wird.
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Die Fig. 2 zeigt eine Schac-ckenipresse üblicher Bauart mit Teiltrichter
15, Schneckenzylinder 14 und Heizkopf 16, aus der das geschmolzene Polyamid in die
Austrittsleitung 17 gelangt, die mit einer Mehrfachdüse verbunden ist. Letztere
besteht aus einem Verteiler 18 mit einer Bohrung 19, die einerseits mit der Leitung
17, andererseits mit den Abgabedüsen 20 in Verbindung stehen. Der Verteiler 18 kann
mit Heizelementen ausgerüstet sein. Ein zusätzliches Heizelement 22 ist jeweils
an der Düse 20 angebracht.
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Diese Heizelemente dienen dazu, das Polyamid während des Zuführens
und des Beschickens der an die Schmelzvorrichtung gebrachten Behälter auf Schmelztemperatur
zu halten. Mit den Ventilen 23 wird die Durchflußmenge des geschmolzenen Polyamids
gesteuert.
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Wie aus der Fig. 2 weiterhin hervorgeht, ist unter der Düse 20 eine
Heizkammer 24 angeordnet, die mit Heizelementen 25 versehen ist. Der Boden dieser
Kammer sitzt auf einer Schere 26, durch die die Kammer gehoben und gesenkt werden
kann, um die Verbindung mit der Düse 2 herzustellen und zu lösen.
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Nach den Fig. 2 und 3 wird ein Paar Schrauben 27 in Bohrungen in
der Nähte des oberen Endes des Behälterrohres 10 eingeschraubt. die den Behälter
auf der oberen Kante der Heizkammer 24 zum Anschließen an die Fülldüse 20 halten.
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Der Behälter wird mit den darin eingesetzten Stempeln 11 und 12 zuerst
auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des verwendeten Polyamids vorerhitzt
und dann mit einem inerten Gas, beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxyd, gespült,
indem
ein Rohr 28 (Fig. 3) durch die Öffnung 13 im Stempel 12 eingeführt
wird. Der freie Raum um das Rohr 28 läßt die Luft während des Spülens austreten.
Der vorerhitzte und gespülte Behälter wird dann in die Heizkammer 24 eingesetzt
und, wie es in Fig. 2 zu sehen ist, so weit angehoben, bis das konische Ende der
Düse 20 an die Öffnung 13 des Stempels 12 zur Anlage kommt.
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Das Füllen des Behälters geschieht durch Öffnen des Ventils23. Das
Gas im Innern des Behälters kann während des Füllvorgangs an der Düse oder dem Stempel
12 vorbei austreten. Gleichzeitig wird dem Behälter durch das Heizelement 25 so
viel Wärme zugeführt, daß ein merklicher Temperaturabfall vermieden wird.
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Nach der Beschickung wird die Hebevorrichtung 26 gesenktund der beschickte
Behälter aus der Heizkammer entfernt. Die Schrauben 27 werden herausgenommen, und
der Behälter wird dann sofort mit einer Form, beispielsweise dem Gießrohr 31 gemäß
Fig. 1, verbunden. Am unteren Ende dieses Gießrohres ist ein Stempel 32 befestigt,
der in den Behälterzylinder 10 paßt; dabei befindet sich das Gießrohr 31 achsmittig
zur Öffnung 13. Eine hydraulische Presse, die schematisch mit 33 und 34 angedeutet
ist, treibt das Gießrohr und den Stempel 12 nach unten, so daß der geschmolzene
Kunststoff unter Druck von unten her in das Gießrohr 31 eindringt.
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Vor dem Gießen wird am unteren Ende des Rohres 31 ein Gleitstempel
35 eingesetzt, der zum Austreiben der über dem Stempel im Gießrohr befindlichen
Luft dient. Sie strömt oben durch eine seitliche Bohrung 36 im Formrnhr 31 aus.
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Der Behälter gemäß Fig. 4 besteht aus einem zylindrischen Teil 38,
der auf der einen Seite durch einen Stempel 39, auf der anderen Seite durch einen
Stempel 40 verschlossen ist. Der Stempel 40 hat eine Mittelbohrung 41 zum Spülen
und zum Füllen des Behälters.
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Nach dem Vorerhitzen, Spülen und Füllen wird der Behälter 38 mit
einem oder einer Gruppe von Gießrohren 42 verbunden, von denen, wie aus der Fig.
5 ersichtlich, drei vorgesehen sind. Jedes Rohr ist an seinem einen Ende in eine
Offnung eines Stempels 43 eingelassen, der seinerseits im zylindrischen Behälter
38 sitzt. Der Stempel 40 ist außen mit einer Vertiefung 44 zur Verteilung des Gießgutes
versehen.
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Eine Bohrung 46 in dem Unterbau 45 der Presse nimmt die Gießrohre42
auf, die von einer auf dem Pressenunterteil ruhenden Hülse 47 umgeben sind. Der
Preßstempel 48 drückt von oben auf eine auf den Behälter 38 gelegte Platte 49, so
daß die Stempel 40, 43 kolbenartig in den Behälter hineingeschoben werden und das
geschmolzene Material durch die Öffnung 41 und die Vertiefung44 in die Gießrohre42
gelangt.
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An den unteren Enden sind die Rohre 42 in einer Platte 50 eingelassen
und jeweils durch einen Verschlußstöpsel 51 abgedichtet. Gegebenenfalls kann zusätzlich
in jedem Rohr ein Stempel 52 vorgesehen sein, der auf der einen Seite eine Aussparung
53 (s. Fig. 4) zum Entweichen der im Gießrohr befindlichen Luft aufweist und im
Gießrohr gleitfähig angeordnet ist.
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Der in den Fig. 7 und 8 dargestellte Behälter weist ein zylindrisches
Rohr 55 auf, das an seinem unteren Ende mit einem Boden 56 versehen ist, der eine
Austrittsdüse 57 aufweist. Der Durchtritt durch die Düse 57 wird zeitweilig durch
eine Membran 58 verschlossen. Am oberen Ende weist der Behälter 55 eine
Abdeckung
59 auf, die mit einem in den Zylinder 55 passenden Teil und mit einem Flansch 60
versehen ist, welcher auf dem oberen Ende des zylindrischen Behälters aufliegt.
Die Schrauben 27 liegen auf dem Behälter der Heizkammer 24 auf.
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Die Abdeckung 59 weist eine Bohrung zum Spülen mit inertem Gas und
zum Füllen mittels der Düse 20 auf. Nach dem Füllen wird die Abdeckung 59 entfernt
und ein Stempel 61 eingesetzt, auf den der Preßstempel 62 drückt.
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In Fig. 8 ist eine Form zum Gießen von Platten dargestellt. Die Form
besteht aus einem Paar Längsschienen 63-63, die in Fig. 8 in Vorderansicht gezeichnet
sind. Eine oder beide Schienen haben Höhlungen 64 unid an der oberen Kante einen
Durchtritt 65, der in der Mitte zwischen den Enden der Schiene 63 angeordnet ist.
Der Zugang zum Durchlaß 65 ist abgeflacht, so daß er mit dem konischen Teil 66 der
Düse 57 zusammenpaßt. Die Außenflächen der Schienen 63-63 sind geneigt, so daß sie
in die schräg zusammenlaufende Höhlung in dem V-förmigen Block 67 passen. Dieser
Block sitzt auf der Pressenunterlage 68. Der beschickte Behälter 55 wird mit der
Preßunterlage verbunden. Der durch den Druckkolben 62 ausgeübte Druck dient dazu,
die Düse 57 dicht auf dem Durchlaß der Form zu halten und die beiden Formschienen
63-63 nach unten in die Höhlung des V-förmigen Blockes 67 zu drücken.
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Im Block 67 sind Heizvorrichtungen, beispielsweise elektrische Heizelemente
69, angeordnet.
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Die Membran 58 gemäß den Fig. 7 und 8 besteht aus einem dünnen Metallblättchen,
das leicht unter dem Einfluß des beim Vorrücken des Stempels 61 unter dem Preßstempel
62 ausgebildeten Druckes bricht. Diese Membran wird selbstverständlich nach jedem
Gießvorgang entfernt und vor dem erneuten Füllen des Behälters durch eine neue ersetzt.
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Bei der Anoridnung nach Fig. 9 wird ein durchlocherter Stempel 70
durch die Schrauben 27 am oberen Ende des Behälters 71 gehalten. Die Schrauben dienen
auch dazu, den Behälter während des Beschikkens zu lagern, wie es in Fig. 7 dargestellt
ist. Nach dem Beschicken des Behälters der Fig. 9 wird ein Stempel 72 über dem Stempel
70 eingesetzt. Wird bei dieser Anordnung der geschmolzene Kunststoff in eine Form
eingefüllt, so werden die Schrauben 27 gelöst und der Druckkolben 62 nach unten
gegen den Stempel 72 zur Anlage gebracht.
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Nach der Erfindung wird eine solche Membran dann verwendet, wenn
der Zwischenbehälter unten mit einer sonst nicht verschließbaren Abgabeöffnung 57
versehen ist.
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PATENTANSPRSCHE: 1. Verfahren zum Formen von Gegenständen, insbesondere
von Stäben, Bändern, Platten od. dgl. aus geschmolzenen synthetischen linearen Polyamiden,
besonders aus hochschmelzenden Polyamiden, dadurch gekennzeichnet, daß man das geschmolzene
Polyamid in einen auf die Schmelze temperatur desselben aufgeheizten Zwischenbehälter
einfüllt und aus diesem unter Druck in eine oder mehrere Formen spritzt.