DE10141381A1

DE10141381A1 - Hohlräume durch Kapseln expandierenden oder explodierbaren Inhalts

Info

Publication number: DE10141381A1
Application number: DE2001141381
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-08-23
Publication date: 2003-03-13

Abstract

Als Zusatzanmeldung zur Anmeldung 10106317 wird eine besondere Art des gefahrlosen Einsatzes von Knallgas bei der Erstellung von Hohlräumen in Spritzgießteilen beschrieben.

Description

In weiterer Ausbildung der mit Anmeldung 101 06 317 und dazugehörenden Anmeldungen beschriebenen Verfahren werden modifizierte bzw. erweiterte Verfahren beschrieben zum Erstellen von Hohlräumen in Spritzgießteilen, unter anderem, aber insbesondere im Hinblick auf den gefahrlosen Einsatz von Knallgas. Das Knallgas wird dabei in einer Kapsel erzeugt unmittelbar bevor es in einem Spritzgießwerkzeug einen Hohlraum bildend zur Explosion gebracht wird.
In der Kapsel wird elektrisch leitendes Wasser durch Beaufschlagung mit Strom über zwei Elektroden in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Dieser Vorgang erfolgt im Bereich der Spritzmaschine. Er kann mehr als eine Taktzeit andauern und erübrigt eine Vorratshaltung größerer Mengen mit Knallgas gefüllter Kapseln.
Eine Möglichkeit der Zündung ist die temperaturabhängige Zündung des Kapselinhaltes durch ein Bimetall, das so an einem der beiden Elektroden befestigt ist, dass es bei Erwärmung elektrischen Kontakt mit der anderen Elektrode herstellt, einen zündfähigen Funken erzeugt, der die Zündung des Knallgases bewirkt.
Es ist naheliegend, die Zündung mittels des Bimetalls durch einen Glühfaden erfolgen zu lassen. Als Wärmequelle zum Ansprechen des Bimetalls dient entweder die umgebende heiße Schmelze oder das Zersetzen des Wassers.
Eine konstruktive Vereinfachung ist in manchen Fällen möglich durch einen zwischen den Elektroden anzubringenden Widerstand, der ausreichend niederohmig ist für den Stromdurchgang zum Zerlegen des Wassers, aber durch Erhöhung der Stromstärke zum Glühen gebracht wird und die Zündung auslöst.
Wo die Erzeugung des Knallgases in zeitlicher oder räumlicher Entfernung von seiner Verwendung abläuft, gelangen die mit Knallgas gefüllten Kapseln in das Spritzgießwerkzeug nachdem sie von der elektrischen Stromversorgung getrennt sind.
In diesem Fall wird mit dem zum Zerlegen des Wasser zugeführten Strom ein Kondensator aufgeladen, der temperaturabhängig mittels eines Bimetalls entladen wird unter Bildung eines zündfähigen Funkens oder über einen Draht, der durch die Kondensatorentladung zum Glühen gebracht wird und die Zündung bewirkt. Die Aufladung des Kondensators kann erforderlichenfalls über eine vorgeschaltete Diode erfolgen.
Bei Vorliegen der notwendigen räumlichen Voraussetzungen besteht eine Alternative der Zündung von in Kapseln erzeugtem Knallgas in einem elektrisch leitenden, schwimmfähigen Körper 14 in der Kapsel, der erst nach Verdrängung des Wassers auf das Niveau der Elektroden 1, 2 mit diesen Kontakt macht entweder unter Bildung eines zündfähigen Funkens oder durch Glühen infolge des ausgelösten Stromdurchgangs. → Fig. 1.
In einer Weiterentwicklung wird der Schwimmkörper mit einer Schmelzmasse 15 eingehüllt, die unter Wärmeeinwirkung abschmilzt. Dadurch wird sichergestellt, dass kein unerwünschter vorzeitiger Kontakt zwischen den Elektroden 1, 2 zustande kommt, unabhängig von den räumlichen Voraussetzungen.
Ein konstruktiv einfaches Verfahren zur Zündung des in einer Kapsel erzeugten Knallgases zum optimalen Zeitpunkt ist die Verwendung eines bewegbaren Innenteils → Fig. 2: 6 in der Abmessung des Kapselquerschnitts, hier als "Scheibe" bezeichnet, das an seiner Oberseite einen Kondensator 5 mit Kontakt seiner beiden Füße 3¹, 4¹ zu den Elektrodenflächen 3, 4 an der Unterseite der Scheibe 6 trägt. Diese Scheibe 6 mit den Elektrodenflächen 3, 4 des Kondensators 5 auf der Unterseite liegt zu Beginn des Arbeitstaktes auf den stromführenden Elektroden-Flächen 1, 2 auf, die der Wasserzerlegung dienen; dabei erfolgt Aufladung des Kondensators 5.
Das entstehende Knallgas verschiebt die Scheibe 6 in Richtung Oberteil der Kapsel. Für eine Druckerhöhung durch erhöhte Reibung beim Verschieben der Scheibe 6 wird diese mit einem oder mehreren O-Ringen 7 gegen die Kapselinnenwand versehen, wobei die Abdichtung ein erwünschter Nebeneffekt ist.
Auf der Oberseite der Scheibe besteht eine elektrische Verbindung eines Fußes 3¹ des Kondensators 5 zu einem hier plazierten Kontakt 11, neben dem ein Kontaktstift 12 bis zur Unterseite der Scheibe 6 reicht. Zwischen diesem Kontaktstift 12 und dem anderen Fuß 4¹ des Kondensators 4 ist ein Glühfaden 10 befestigt. Wenn die Scheibe 6 durch den Druck des unterhalb entstehenden Knallgases in seine obere Endstellung gelangt, entsteht durch eine Kontaktfläche 8 im Oberteil der Kapsel eine elektrisch leitende Verbindung von einem Kondensatorfuß 3¹ über den Glühfaden 10 zum anderen Kondensatorfuß 4¹, der Kondensator 5 gelangt zur Entladung, der Glühfaden 10 zum Glühen und zündet das Knallgas.
Der Zündzeitpunkt kann beeinflusst werden, durch eine Feder 9 bzw. Tellerfeder oberhalb des bewegbaren Innenteils und/oder durch O-Ringe 7 an der Scheibe 6, die die Reibung beim Bewegen der Scheibe 6 erhöhen.
Das Zünden des Knallgases in der Kapsel kann in einer zweigeteilten Kapsel → Fig. 3: 16, 17 auch erfolgen durch zwei Elektrodenflächen 1, 2 zum Zerlegen leitend gemachten Wassers in dem einen Kapselteil 16. Durch den durch die Knallgasbildung entstehenden Druck wird das zweite Kapselteil 17, das ebenfalls zwei nach außerhalb führende Elektrodenflächen 31, 32 besitzt, in dessen Endstellung verschoben, wo sie in Kontakt zu einer stationären Stromquelle 21, 22 gelangen. Der damit ausgelöste Stromfluß bringt den Glühfaden 10, mit dem die Elektroden 31, 32 im Inneren der Kapsel verbunden sind, zum Glühen und löst die Zündung des Knallgases aus.
Eine Weiterentwicklung des Verfahrens ist die Verwendung zweigeteilter, gelochter Kapseln 4 Fig. 4. Das im Durchmesser größere Außenteil 17 ist verschiebbar auf dem im Durchmesser kleineren Innenteil 16 positioniert. Beide Teile sind mit einem oder mehreren Löchern 18, 18¹ versehen, die in Deckung gelangen, wenn das Außenteil 17 axial verschoben wird, und zwar unter dem Druck der Ausdehnung des Kapselinhaltes bei Erwärmung, Verdampfung oder durch Explosion.
Ein gleicher Effekt ist erzielbar, wenn die beiden Kapselteile → Fig. 5: 16, 17 mit einem Steilgewinde miteinander so verbunden sind, dass bei Ausdehnung des Kapselinhaltes eine axiale Verschiebung unter leichter Drehung des Außenteils 17 erfolgt, wodurch Löcher 18, 18¹ im Mantel beider Kapselteile 16, 17 in Deckung kommen und den aus der Kapsel entweichenden Druck kanalisieren.
Alternativ können die Löcher des Innenteils nach axialer Verschiebung bzw. nach Verdrehung in Rillen münden, die dem Explosionsgas oder dem Dampf als Kanal dienen.
Durch diese Öffnungen bzw. Rillen wird erreicht, dass die ausgelöste Druckwelle gezielt in vorgegebenen Bereichen der Schmelze wirksam wird.
Durch zwischen Innen- und Außenteil der Kapsel eingebrachte O-Ringe wird das Verschieben des Außengegen das Innenteil der Kapsel erschwert und damit der in der Kapsel vor seinem Wirksamwerden entstehende Druck erhöht, was wünschenswert sein kann.
Darüber hinaus ist damit auch eine Verzögerung des Wirksamwerdens erzielbar.
Durch Anziehen einer speziell den O-Ring beaufschlagenden Mutter wird diese Wirkung dosierbar verstärkt.
Es ist erforderlich, den Bereich der Wirksamkeit der Kapseln genau vorherzubestimmen. Dafür erhalten sie eine unrunde Form bzw. einen unrunden Teilbereich, der eine eindeutige Positionierung in der Werkzeugform zulässt. Dieser zum Positionieren vorgesehene Kapselteil kann drehbar an der Kapsel befestigt sein.
Zweckmäßig wird der Kapselteil auch durch Schwergängigkeit oder auf anderem Wege festgesetzt.
Eine ähnlich kanalisierende Wirkung kann auch erreicht werden, wenn Kapseln explodierbaren oder expandierenden Inhaltes vor ihrem Einsatz in eine umhüllende Kapsel gebracht werden, die vorgegebene Öffnungen als Kanal für das Entweichen des Überdrucks haben.
Wenn es sich bei dem Kapselinhalt um Knallgas handelt, kann der Zündzeitpunkt so gewählt werden, dass vor dem Zünden ein Teil oder das gesamte unter Druck stehende Knallgas in die umgebende heiße Schmelze einströmt und dort zur Explosion gelangt. Dieses Vorgehen kann zum Auflockern oder Verdichten der Schmelze aber auch zur Hohlraumbildung angewandt werden.
Eine sinnvolle Abrundung des Verfahrens ist eine dem Arbeitsablauf der Spritzgießmaschine integrierte Transportvorrichtung für die in das Spritzgießwerkzeug einzubringenden Kapseln.
Wenn die Kapseln während des Transportes so mit stromführenden Leitern Berührung haben, dass das in den Kapseln enthaltene elektrisch leitende Wasser in Knallgas zerlegt wird, werden Transport und Lagerhaltung mit Knallgas gefüllter Kapseln entbehrlich und damit ein eventuell vorhandenes Gefahrenpotential ausgeschaltet. Der elektrische Kontakt kann erfolgen über Gleitschienen, an denen sich Kontaktflächen der Kapseln entlangbewegen oder mit den Transportträgern verbundene verkabelte Fassungen, die die Kapseln während des Transportes aufnehmen.
Die Aufladen in den Kapseln integrierter Kondensatoren ist auf diese Weise ebenfalls möglich.
Das in den Kapseln für die Elektrolyse erforderliche elektrisch leitende Wasser kann den Kapseln in einer Erweiterung der Transportrichtung vor oder während des Transportes eingefüllt oder injiziert werden und zwar in der für den bevorstehenden Einsatz im Spritzgießzyklus individuell erforderlichen Menge. Das erspart in der Lagerhaltung ein großes Sortiment mit Wasser unterschiedlich befüllter Kapseln.
Zur Qualitätssicherung heutigen Standards gehört die Überwachung von automatisch hergestellten Kapseln und zwar hinsichtlich Innendruck des Knallgases und auf Restvorkommen von Wasser. Beides kann erfolgen durch handelsübliche Sensoren im Bereich von Schall, Ultraschall, Hochfrequenz und/oder mit optischen Mitteln.

Claims

1. Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Hohlräumen in Spritzgießteilen durch Kapseln mit elektrisch leitendem Wasser, die vor, während oder nach dem Einströmen der Schmelze in die Werkzeugform verbracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Elektroden in der Kapsel elektrischen Kontakt nach außerhalb der Kapsel haben und bei Beaufschlagung mit elektrischem Strom das Wasser in Knallgas zerlegen, was nach der Zündung die Kapsel zerstört und in der Schmelze einen Hohlraum erzeugt.

2. Vorrichtung und Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Kapsel enthaltenes Bimetall an einer der Elektroden befestigt ist, unter Wärmeeinwirkung elektrischen Kontakt mit der anderen Elektrode herstellt, einen zündfähigen Funken erzeugt und damit das Knallgas zur Explosion bringt.

3. Vorrichtung und Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetall bei Erwärmung durch Kontakterstellung zwischen den beiden Elektroden einen Glühfaden zum Glühen und damit das Knallgas zur Explosion bringt.

4. Vorrichtung und Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, jedoch dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden mit einem so niederohmigen Widerstand verbunden sind, der den zur Wasser- Elektrolyse erforderlichen Strom durchläßt, aber bei Erhöhung der Stromstärke den Widerstand zum Glühen bringt, das Knallgas zündet und zur Explosion bringt.

5. Vorrichtung und Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Elektrolyse eingeleitete Strom, erforderlichenfalls über eine Diode, einen Kondensator auflädt, der über ein erwärmtes Bimetall entweder unter Bildung eines zündfähigen Funkens zur Entladung gebracht wird, oder einen Draht zum Glühen bringt und damit eine Zündung auslöst.

6. Vorrichtung und Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein schwimmender, elektrisch leitender Körper in der Kapsel untergebracht wird, der beim oder nach dem Zersetzen bzw. Verdrängen des in der Kapsel enthaltenen Wassers auf die Elektrodenflächen absinkt, Kontakt zwischen den Elektroden herstellt und entweder einen Zündfunken erzeugt oder durch den zwischen den Elektroden fließenden Strom selbst zum Glühen kommt und dadurch das in der Kapsel vorhandene Knallgas zündet.

7. Vorrichtung und Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, jedoch dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (14) mit einer bei Wärmeeinwirkung schmelzenden Masse (15) so eingehüllt ist, dass nach Abschmelzen dieser Masse der elektrische Kontakt zustande kommt, der die Zündung auslöst. → Fig. 1.

8. Verfahren zur Erzeugung von Hohlräumen in Spritzgießteilen, dadurch gekennzeichnet, dass mit elektrisch leitendem Wasser (13) versehene Kapseln ein bewegbares, den Kapselquerschnitt ausfüllendes Innenteil enthalten, nachstehend "Scheibe" (6) genannt,
auf dessen Oberseite ein Kondensator (5) angebracht ist,
dessen Füße (3¹, 4¹) auf der Unterseite der Scheibe mit Elektrodenflächen (3, 4) verbunden sind,
die über stromführende Flächen (1, 2) an der Kapselwand im Bereich unterhalb der bewegbaren Scheibe (6) die Zerlegung des leitend gemachten Wassers in Knallgas bewirken und
gleichzeitig den in der Ausgangsstellung in Kontakt zu diesen Flächen befindlichen Kondensator (5) aufladen, dass ein Kondensatorfuß auf der Oberseite der beweglichen Scheibe (6) mit einem Kontaktstift (11) verbunden ist, der nahe einem zweiten, durch die Scheibe reichenden Kontaktstift (12) steht,
der unterhalb der Scheibe (6) durch einen Glühfaden (10) verbunden ist mit dem anderen, durch die Scheibe reichenden Kondensatorfuß (4),
dass das entstandene Knallgas die Scheibe (6) in dessen obere Endstellung drückt und hier eine elektrische Verbindung (8) herstellt zwischen den beiden Kontaktstiften (11, 12), durch die der Glühfaden (10) zum Glühen gelangt und dadurch das Knallgas zündet. → Fig. 2.

9. Vorrichtung und Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Erreichen der oberen Endstellung der Scheibe durch eine Druck- bzw. Tellerfeder (9) erschwert und dadurch so verzögert wird, dass sich der Druck des sich entwickelnden Knallgases weiter erhöht.

10. Verfahren zur Erzeugung von Hohlräumen in Spritzgießteilen dadurch gekennzeichnet, dass in einem Teil (16) einer zweigeteilten Kapseln über zwei stromführende Flächen (1, 2) die Zerlegung leitend gemachten Wassers (13) in Knallgas bewirkt wird und jeweils eine weitere Kontaktfläche (21, 22) so positioniert ist, dass zwei Kontaktflächen (31, 32) des zweiten Kapselteils (17) mit Strom versorgt werden, wenn dieses Kapselteil infolge des Drucks des entstehenden Knallgases in seine Endstellung verschoben wird, dass ferner die Kontaktflächen (31, 32) mit einem Glühfaden (10) verbunden sind, der im Zeitpunkt der Kontakterstellung so zum Glühen gelangt dass das Knallgas zum Zünden kommt. → Fig. 3.

11. Vorrichtung und Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapseln aus zwei Teilen (16, 17) bestehen, von denen das im Durchmesser größere Teil (17) verschiebbar auf dem anderen, im Durchmesser kleineren Teil (16) positioniert ist, dass beide Teile so mit Löchern (18, 18¹) versehen sind, dass diese deckungsgleich stehen, nachdem beide Kapselteile (16, 17) nach Ausdehnung des Kapselinhaltes durch Explosion, Verdampfung oder Erwärmung um einige Millimeter auseinander geschoben sind. → Fig. 4.

12. Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Hohlräumen in Spritzgießteilen mittels aus zwei Teilen → Fig. 5: 16, 17 bestehender Kapseln gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie so mit einem Gewinde starker Steigung miteinander verbunden sind, dass sich der äußere Teil nach Ausdehnung des Kapselinhaltes durch Explosion, Verdampfung oder Erwärmung beim Abheben so drehend verschiebt, dass eine oder mehrere Öffnungen 18 im Mantel des inneren Teils deckungsgleich mit einer oder mehreren Öffnungen 18¹ im Mantel des äußeren Teils werden und dem entweichenden Druck der Explosion einen Kanal nach außerhalb bilden.

13. Vorrichtung und Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher der inneren Kapseln in axial verlaufende Rillen münden, durch die Explosionsgas oder Dampf aus dem Kapselinneren in axiale Richtung entweichen kann.

14. Vorrichtung und Verfahren gemäß dem vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibung beim Verschieben des äußerem zum inneren Kapselteil bzw. eines scheibenförmigen Innenteils durch einen oder mehrere eingelassene O-Ringe (7) so vergrößert wird, dass sich vor dem Verschieben der Knallgasdruck erhöht.

15. Vorrichtung und Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere O-Ringe einseitig mit einer Mutter beaufschlagt werden, mittels der der Anpressdruck der O-Ringe an die sie umgebende Wand einstellbar ist.

16. Vorrichtung und Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kapselteile eine unrunde äußere Form hat, die eine eindeutige Positionierung ermöglicht.

17. Vorrichtung und Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der unrunde Teil der Kapsel drehbar und entweder in praktisch jeder Position festsetzbar oder arretierbar ist.

18. Vorrichtung und Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einer äußeren mit Löchern versehenen Kapsel untergebracht sind, die nach Zündung der inneren Kapsel die sich ausdehnende Explosionswolke in eine vorherbestimmbare Richtung leiten.

19. Verfahren zur Erzeugung von Hohlräumen in Spritzgießteilen durch Kapseln gemäß einem der vorherigen Ansprüche soweit ihre Wirkung auf der Explosion von Knallgas basiert, dadurch gekennzeichnet, dass Knallgas vor seiner Zündung aus der Kapsel in die sie umgebende heiße Kunststoffschmelze austritt.

20. Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Hohlräumen in Spritzgießteilen durch Kapseln gemäß einem der vorherigen Ansprüche soweit ihre Wirkung auf der Explosion von Knallgas basiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapseln mit einer der Spritzgießmaschine zugeordneten Transportvorrichtung dem Spritzgießwerkzeug zugeführt werden und unmittelbar vor oder während des Transports so mit stromführenden Elementen Berührung haben, dass in den Kapseln enthaltenes elektrisch leitendes Wasser in Knallgas zerlegt wird.

21. Vorrichtung und Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Kapsel integrierter Kondensator dabei aufgeladen wird.

22. Vorrichtung und Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 oder 21, jedoch dadurch gekennzeichnet, dass den Kapseln vor oder während des Transportes die für den bevorstehenden Spritzgießtakt erforderliche Menge Vorrichtung elektrisch leitenden Wassers eingefüllt oder injiziert wird.

23. Vorrichtung und Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapseln vor dem Einbringen in die Spritzgießform durch Schall, Ultraschall, Hochfrequenz oder auf optischem Weg geprüft werden auf den in ihrem Innenraum herrschenden Überdruck und/oder auf die erfolgte Zerlegung des eingebrachten Wassers.