DE102008052492A1

DE102008052492A1 - Rotationsformmaschine

Info

Publication number: DE102008052492A1
Application number: DE102008052492A
Authority: DE
Original assignee: HEIDBRINK FRANK
Current assignee: HEIDBRINK FRANK
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-04-22

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erreichbaren Vorteile des Rotationsformens unter temporärem Vakkuum- und/oder Überdruck, nämlich Verringerung der thermischen und oxidativen Belastung des Kunststoffs, Energieeinsparung, Heiz- und Kühlzeitverkürzung, Reduzierung der Schrumpfung und des Verzugs des Formteils und gegebenenfalls die Einsparung des Vortrocknens des Kunststoffpulvers zu nutzen, ohne dass die Form oder die Formen einem erheblichen Differenzdruck standhalten müssen. Dies wird dadurch erreicht, dass das Heizen und Kühlen der zeitweise monoaxial, biaxial, kontinuierlich und/oder reversierend rotierenden Form (3) oder Formen mit Formentlüftung (9) in einer verriegelten, abgedichteten Druck- und/oder Vakuumkammer (1) stattfinden, in der zeitweise Druck- und/oder Vakuumbedingungen herrschen. Rotationsformen von einfachen bis komplexen Formteilen aus Kunststoff in kleinen bis großen Stückzahlen. Verarbeitbarkeit sämtlicher Kunststoffe, die durch Rotationsformen verarbeitet werden. Besondere Eignung für die Verarbeitung oxidationsempfindlicher und/oder hygroskopischer Kunststoffe.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Rotationsformmaschine mit mitrotierender, elektrisch betriebener Formbeheizung zum Rotationsformen von Formteilen aus Kunststoffen wie zum Beispiel Polyäthylen, Polypropylen, Polyamid, Polycarbonat, Fluorpolymeren, Polyvinylchlorid oder anderen Kunststoffen in Form von Kunststoffpulver, Mikrogranulat, Mischungen aus Kunststoffpulver und Mikrogranulat, Plastisol oder reaktionsfähigen flüssigen Ausgangsstoffen unter temporärem Vakuum oder Überdruck.
Weiterhin richtet sich die Erfindung auf die Verwendung einer Rotationsformmaschine und auf Verfahren zur Herstellung einer Rotationsformmaschine.
Stand der Technik
Rotationsformen ist ein Urformverfahren zur Verarbeitung von Kunststoffpulvern, Kunststoff-Mikrogranulaten und PVC-Plastisolen. Am häufigsten werden Kunststoffpulver aus verschiedenen Polyäthylensorten, Polypropylensorten, Polycarbonatsorten, Polyamidsorten und Fluorpolymeren verarbeitet. Kunststoff-Mikrogranulate und Mischungen aus Kunststoff-Mikrogranulat und Kunststoffpulver sind eher die Ausnahme. PVC-Sorten werden sowohl als Pulver, als auch als Mikrogranulat oder Plastisol verarbeitet.
Mit Rotationsformmaschinen werden Kunststoffformteile vom hochwertigen Tischtennisball, der aus einem Stück besteht, bis hin zu Tanks mit über 80000 Liter Fassungsvermögen rotationsgeformt. Aber auch komplexe Hohlteile, die nicht durch Spritzgießen, Blasformen oder Thermoformen in einem Stück wirtschaftlich herstellbar sind, werden durch Rotationsformen realisiert. Prädestiniert ist das Rotationsformen ebenfalls für doppelwandige Formteile wie Boote, Kühlboxen und Blumentöpfe mit Wasserspeicherfunktion. Aber auch Formteile wie Kunststoffwannen, Luftkanäle, Kraftstofftanks, Spielzeuge und Abfallbehälter werden durch Rotationsformen hergestellt.
Formen für das Rotationsformen bestehen in der Regel aus Aluminiumguss, Stahlblech, Aluminiumblech oder gefrästem Aluminium. Um das Befüllen und das entnehmen der Formteile zu ermöglichen, bestehen Formen für das Rotationsformen aus zwei oder mehreren Formhälften beziehungsweise Teilen, welche durch Klammern, Schrauben, Schnappverschlüsse oder sonstige Vorrichtungen widerverschließbar sind. In der Regel sind Formen für das Rotationsformen mit einem Rahmen am Maschinenarm befestigt. Häufig bestehen diese Rahmen aus zwei oder mehreren Teilen und dienen oft zusammen mit Schnappverschlüssen und gegebenenfalls Federn zum Verschließen der Form oder der Formen.
Rotationsformmaschinen besitzen einen oder mehrere Maschinenarme. An einem Maschinenarm können eine oder mehrere Formen befestigt sein. Durch den Maschinenarm werden eine oder mehrere daran befestigte Formen monoaxial oder biaxial kontinuierlich und/oder reversierend rotiert.
Sämtliche Kunststoffe die durch Rotationsformen verarbeitet werden, durchlaufen unabhängig vom Maschinentyp die 4 grundlegenden Schritte beim Rotationsformen.

1. Befüllen der Form: Im ersten Schritt wird eine abgewogene, oder anderweitig definierte Menge Kunststoffpulver oder flüssiger Kunststoff in die am Maschinenarm befestigte, geöffnete Form gegeben. In der Regel handelt es sich um Kunststoffpulver.
2. Heizen: Die verschlossene, befüllte Form wird beheizt, während die Form durch den Maschinearm monoaxial oder biaxial kontinuierlich und/oder reversierend rotiert. Das Beheizen der Form erfolgt in der Regel durch die Rotation in einem Gas- oder Ölbeheizten Ofenraum. Seltener wird die Form durch mitrotierende Infrarotstrahler oder durch an der Form angebrachte Ölkanäle erwärmt. In der wärmer werdenden Form beginnt das Kunststoffpulver beziehungsweise der flüssige Kunststoff an der Forminnenfläche zu haften. Die monoaxiale oder biaxiale kontinuierliche und/oder reversierende Rotation der Form führt dabei zu der gewünschten Verteilung des Kunststoffs an der Forminnenfläche. Um eine hohe Formteilqualität zu erreichen wird die Form noch weiter erwärmt, wenn bereits aller Kunststoff in der Form an der Forminnenfläche haftet. Dabei ist darauf zu achten, dass sich der Kunststoff nicht zu sehr zersetzt oder zu stark oxidiert.
3. Kühlen: Das Kühlen der Form findet entweder in einem dafür vorgesehenen Raum, in der Fabrikhalle oder in demselben Raum statt, in dem auch das Heizen stattfindet. Es wird überwiegend mit Gebläsen oder Lüftern gekühlt. Teilweise werden Formen auch mit Wasser besprüht oder berieselt. Um eine möglichst gleichmäßige Abkühlung der Form zu erreichen, rotiert die Form auch während des Kühlens monoaxial oder biaxial kontinuierlich und/oder reversierend.
4. Entformen: Ist die Form ausreichend abgekühlt, wird die Rotation gestoppt, die Form geöffnet und das Formteil entformt. Nun kann wieder mit Schritt 1 begonnen werden.

Aufgrund der im Vergleich zum Spritzgießen, Blasformen und Thermoformen geringen Maschinen- und Werkzeugkosten, ist das Rotationsformen bei geringen Stückzahlen und großen Formteilen das wirtschaftlichste Verfahren. Dadurch, dass der Kunststoff zusammen mit den Formen erwärmt und anschließend abgekühlt werden muss, sind die Zykluszeiten und die Energiekosten höher als bei anderen Kunststoffverarbeitungsverfahren. Außerdem müssen die Kunststoffe vor dem Rotationsformen pulverförmig oder flüssig und besonders temperaturbeständig sein.
Stark hygroskopische Kunststoffe werden in der Regel vor dem Rotationsformen getrocknet, weil sonst die Feuchtigkeit im Kunststoff die mechanischen Eigenschaften des Formteils reduziert und sich gegebenenfalls die optischen Eigenschaften, insbesondere in Form einer Eintrübung verschlechtern. Kunststoffe werden in der Regel bei erhöhter Temperatur bei Umgebungsdruck getrocknet. Besonders effektiv trocknen Kunststoffe bei erhöhter Temperatur im Vakuum.
Beim Rotationsformen von Kunststoffpulvern haften während des Heizens, die Pulverkörner zuerst an der Forminnenfläche und dann aneinander. Zwischen den Pulverkörnern wird Luft eingeschlossen, die sich mit zunehmender Erwärmung des Kunststoffs zu kugelförmigen Blasen und Oberflächenporen formiert. Bei höheren Temperaturen und längerer Zeit diffundiert die in den Blasen und Oberflächenporen eingeschlossene Luft in den Kunststoff.
Im Formteil eingeschlossene Luftblasen und Oberflächenporen sind nicht nur ein optisches Problem. Sie wirken als innere Kerben und beeinträchtigen die mechanischen Eigenschaften. Daher ist die optimale Formteilqualität in der Regel erreicht, sobald das Formteil gerade frei von Blasen und Poren ist.
In der Regel besitzen Rotationsformen eine Formentlüftung. Diese besteht aus einem Rohr aus Kunststoff oder Metall, welches mit einem Filtermaterial (z. B. Glaswolle) gefüllt ist und in die Form hinein ragt. Das Filtermaterial verhindert, dass Kunststoffpulver aus der Form fällt und dass Verunreinigungen oder Kühlwasser in die Form gelangen. Aufgrund der Wärmedehnung der Luft würde ohne eine Entlüftung ein erheblicher Überdruck in der Form entstehen. Nur wenige Rotationsformen sind stabil genug um einem solchen Überdruck stand zu halten.
Es ist bekannt, dass durch das Erzeugen eines Überdrucks in der Rotationsform nachdem der Kunststoff geschmolzen ist, die Diffusion der in Blasen und Oberflächenporen eingeschlossenen Luft beschleunigt wird und dadurch die notwendige Heizzeit erheblich verkürzt wird. Wegen der damit verbundenen niedrigeren Form- und Kunststofftemperaturen darf der verarbeitete Kunststoff weniger temperaturbeständig sein und der Energieverbrauch wird reduziert. Außerdem wirkt ein Überdruck in der Rotationsform während des Kühlens als Nachdruck. Dadurch werden die Schrumpfung und der Verzug des Formteils reduziert.
Auch das Rotationsformen mit einem Vakuum in der Rotationsform ist bekannt. Dadurch, dass fast keine Luft in den Blasen und Oberflächenporen eingeschlossen wird verschwinden diese im geschmolzenen Kunststoff, sobald ein Druckausgleich mit der Umgebung stattfindet. Auch auf diese Weise werden die notwendige Heizzeit, die notwendigen Temperaturen, die thermische Belastung des Kunststoffs und der Energieverbrauch reduziert.
Bisher werden Überdruck und versuchsweise auch Vakuum nur in der Rotationsform aufgebracht. Wegen der dabei auftretenden Kräfte ist diese Anwendung auf wenige, ausreichend stabile Formen beschränkt.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erreichbaren Vorteile des Rotationsformens unter temporärem Vakuum- und/oder Überdruck, nämlich Verringerung der thermischen und oxidativen Belastung des Kunststoffs, Energieeinsparung, Heiz- und Kühlzeitverkürzung, Reduzierung der Schrumpfung und des Verzugs des Formteils und gegebenenfalls die Einsparung des Vortrocknens des Kunststoffpulvers zu nutzen, ohne das die Form oder die Formen einem erheblichen Differenzdruck standhalten müssen.
Bei einer Rotationsformmaschine der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Heizen und Kühlen der zeitweise monoaxial, biaxial, kontinuierlich und/oder reversierend rotierenden Form oder Formen mit Formentlüftung in einer verriegelten, abgedichteten Druck- und/oder Vakuumkammer stattfinden, in der zeitweise Druck und/oder Vakuumbedingungen herrschen. Da die Stückzahlen beim Rotationsformen in der Regel eher klein sind, werden für eine Rotationsformmaschine sehr viele Rotationsformen benötigt. Die große Zahl von Rotationsformen druck- und/oder vakuumfest zu gestalten ist viel aufwendiger als eine Druck- und/oder Vakuumkammer herzustellen. Dazu kommt, dass die Form oder die Formen mit dem Kunststoff erwärmt und abgekühlt werden müssen. Wird also für stabilere Formen mehr Formmaterial verwendet, erhöht sich der Energieverbrauch. Um den Energieverbrauch möglichst gering zu halten, wird die Rotationsformmaschine der eingangs beschriebenen Art mit einer mitrotierenden elektrisch betriebenen Heizung beheizt. Auf diese Weise wird ein größerer Anteil der Wärmeenergie auf die Form oder die Formen übertragen, wie von einer nicht mitrotierenden Heizung, welche außer der Form oder den Formen in stärkerer Weise den Maschinenarm oder die Maschinenarme, den oder die Rahmen der Form und andere Maschinenteile miterwärmen würde.
Besonders einfach und energieeffektiv ist das beheizen der Form oder die Formen durch zahlreiche Infrarotstrahler, welche an dem oder den Rahmen der Form befestigt sind. Idealer Weise besitzen die Infrarotstrahler einen am Glaskörper Aufgedampften Goldreflektor oder einen anderen mit dem Glaskörper verbundenen Reflektor.
Besteht die Druck- und/oder Vakuumkammer aus mehreren Segmenten, so sind die einzelnen Segmente leichter und kleiner als eine Druck- und/oder Vakuumkammer, die aus einem Teil besteht. Je größer die Rotationsformmaschine der eingangs beschriebenen Art ist, desto sinnvoller ist es, dass die Druck- und/oder Vakuumkammer aus mehreren Segmenten besteht.
Besteht die Druck- und/oder Vakuumkammer aus mehreren Segmenten, so müssen die Kontaktflächen zwischen den Segmenten abgedichtet werden. Auch beim Schweißen, Löten oder Verkleben der Segmente muss auf Dichtigkeit zwischen den Segmenten geachtet werden. Dieser Nachteil entfällt bei der Verwendung einer Druck- und/oder Vakuumkammer, die aus nur einem Stück besteht. Außerdem müssen bei einer einteiligen Druck- und/oder Vakuumkammer weniger Teile verbunden werden. Besonders bei kleineren Rotationsformmaschinen der eingangs beschriebenen Art, ist also eine einteilige Druck- und/oder Vakuumkammer vorteilhaft.
Bei einer besonders einfachen Ausführungsart einer Rotationsformmaschine der eingangs beschriebenen Art ist die Druck- und/oder Vakuumkammer an einem Ende ständig verschlossen und ein Verschluss mit einem Maschinenarm nutzt die Druck- und/oder Vakuumkammer.
Weil eine zylinderförmige Druck- und/oder Vakuumkammer aufgrund der Formgebung sehr Druck- und Vakuumstabil ist, die Verschlüsse in einer zylinderförmigen Druck- und/oder Vakuumkammer einfach abzudichten sind und eine zylinderförmige Druck- und/oder Vakuumkammer relativ einfach herstellbar ist, sollte die Druck- und/oder Vakuumkammer zylinderförmig sein. Eine kugel- oder eiförmige Druck- und/oder Vakuumkammer kommt trotz der schwierigeren Formgebung in betracht, weil dadurch bei gleichem Gewicht eine höhere Druckstabilität erreicht wird als bei einer zylinderförmigen Druck- und/oder Vakuumkammer.
Damit sich das Rad, die Räder, die Rolle oder die Rollen am mittleren Verschluss bei verschlossener Druck- und/oder Vakuumkammer, unabhängig davon welcher Maschinenarm sich in der Druck- und/oder Vakuumkammer befindet nicht im Bereich der Dichtung, der Dichtungen, der Dichtfläche oder der Dichtflächen befinden, sind am mittleren Verschluss zwischen den beiden Maschinenarmen ein oder mehrere Dichtungen und/oder Dichtflächen auf jeder Seite des Rades, der Rolle, der Räder oder der Rollen vorhanden, womit jeweils die gleiche Seite der Druck- und/oder Vakuumkammer radial oder axial abgedichtet wird, auf der die Dichtung, die Dichtungen und/oder Dichtfläche oder Dichtflächen des mittleren Verschlusses im Bezug auf das Rad, die Räder, die Rolle oder die Rollen sind.
Besonders bei der Verwendung hoher Luftdrücke in einer großen Druck- und/oder Vakuumkammer müssen der Verschluss oder die Verschlüsse mit der Druck- und/oder Vakuumkammer sicher verriegelt werden. Die Verriegelung der Verschlüsse erfolgt elektromechanisch, manuell, pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch, insbesondere durch Riegel welche durch Spiralgewinde in der Art angetrieben werden, wie diese sich zur Verriegelung von Schiffsschotten bewährt haben.
Damit beim Rotationsformen mit Überdruck keine Luft aus der Druck- und/oder Vakuumkammer und beim Rotationsformen mit Vakuum keine Luft in die Druck- und/oder Vakuumkammer strömt, müssen der Verschluss oder die Verschlüsse in der Druck- und/oder Vakuumkammer, insbesondere durch O-Ringe oder eine andersartige elastische und/oder Aufblas- oder Aufpumpbahre Dichtung oder durch Schmierstoff, welcher einen schmalen Spalt zwischen den Verschlüssen und der Druck- und/oder Vakuumkammer abdichtet abgedichtet sein.
Weil der Maschinenarm oder die Maschinenarme zum Entformen und Befüllen der Form oder der Formen aus der Druck- und/oder Vakuumkammer herausgefahren werden und für das Heizen und Kühlen in der Druck- und/oder Vakuumkammer sein müssen, müssen die Verschlüsse fahrbar sein. Der Antrieb der Verschlüsse erfolgt elektromechanisch, manuell, pneumatisch, hydraulisch, über einen oder mehrere Radantriebe, einen oder mehrere Seilzüge, Gewinde, Kettenzüge oder andere Antriebstechniken, wobei die Führung durch Schienen, Säulenführungen oder eine geeignete Anordnung der Räder oder Rollen gewährleistet wird. Eine Führung der Verschlüsse ist erforderlich, damit der Verschluss oder die Verschlüsse präzise in die Druck- und/oder Vakuumkammer fahren.
Eine doppelwandige Ausführung eines, mehrerer oder aller Verschlüsse bietet gute Voraussetzungen für das Anbringen der Lagerungen für die Maschinenarme und für die Verriegelung oder die Verriegelungen. Die Verschlüsse können aber auch in sinnvoller Weise einwandig oder auf andere Weise ausgeführt werden.
Damit die Verschlüsse einfach herstellbar und abzudichten sind, sollten diese rund sein.
Bei einer Ausführung einer Rotationsformmaschine der eingangs beschriebenen Art mit mehreren Verschlüssen, werden die Verschlüsse sinnvoller Weise hintereinander angeordnet und ausschließlich über den oder die Maschinenarme miteinander verbunden. Auf Traversen zwischen den Verschlüssen kann prinzipiell verzichtet werden und der Platz in der Druck- und/oder Vakuumkammer wird besser genutzt.
Um den oder die Maschinenarme zu entlasten werden die Verschlüsse über eine oder mehrere Traverseren und über den oder die Maschinenarme miteinander verbunden.
Damit die beiden Maschinenarme die Druck- und/oder Vakuumkammer auf einfache Weise abwechselnd nutzten, sind die Verschlüsse hintereinander angeordnet. Zwischen den beiden Maschinenarmen befindet sich ein gemeinsamer Verschluss, weil zwischen zwei Maschinenarmen ein gemeinsamer Verschluss ausreicht.
An beiden Enden der beiden Maschinenarme befindet sich jeweils ein Verschluss. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich beide Maschinenarme komplett außerhalb der Druck- und/oder Vakuumkammer befinden können, was mit einem gemeinsamen Verschluss zwischen den beiden Maschinenarmen nicht möglich ist.
Weil der oder die Maschinenarme sich wegen der mitrotierenden Formbeheizung kaum erwärmen, wird die biaxiale Rotation der Form durch einen Elektromotor am und/oder im rotierenden Maschinenarm bewirkt.
Besonders bei hohen Verarbeitungstemperaturen und/oder wenn der oder die Maschinenarme unzureichend vor einer übermäßigen Erwärmung geschützt werden ist es sinnvoll, dass die biaxiale Rotation der Form oder der Formen durch nicht mitrotierende Elektromotoren und Antriebswellen in dem oder den Maschinenarmen bewirkt wird.
Es befinden sich ein oder mehrere Maschinenarme mit einer oder mehreren Formen gleichzeitig und/oder abwechselnd in der Druck- und/oder Vakuumkammer. Eine Rotationsformmaschine der eingangs beschriebenen Art mit nur einem Maschinenarm ist einfach und preiswert. Durch zwei oder mehrere Maschinenarme, welche die Druck- und/oder Vakuumkammer abwechselnd und/oder gleichzeitig nutzen, wird die Druck- und/oder Vakuumkammer besser ausgelastet.
Um die Wärmeableitung in den oder die Rahmen der Form von der Form oder den Formen und damit den Energieverbrauch gering zu halten, sind die Kontaktflächen zwischen der Form oder den Formen gegenüber dem oder den Rahmen der Form, insbesondere durch einen Glimmerhaltigen Werkstoff oder einem Faserverstärkten Kunststoff thermisch isoliert.
Damit die Wärme von der Form oder den Formen effektiv auf die Luft in der Druck- und/oder Vakuumkammer übertragen wird, muss die Luft in der Druck- und/oder Vakuumkammer strömen; also in irgendeiner Form zirkulieren. Hierfür werden ein oder mehrerer Umluftgebläse verwendet, weil diese einen relativ geringen Energieverbrauch haben.
Alternativ werden für das Zirkulieren der Luft in der Druck- und/oder Vakuumkammer ein oder mehrere Venturidüsen verwendet oder die Luft in der Druck- und/oder Vakuumkammer wird auf andere Weise durch die einströmende Druckluft zum Strömen gebracht. So wird die Zirkulation der Luft in der Druck- und/oder Vakuumkammer auf besonders einfache Weise bewirkt.
Zum Kühlen mit Druckluft muss die Druckluft vom Kompressor durch eine oder mehrere Leitungen zur Rotationsformmaschine der eingangs beschriebenen Art geleitet werden. Die Druckluft wird durch eine oder mehrere Venturidüsen und/oder ein oder mehrere sonstige Ventile direkt oder indirekt in die Druck- und/oder Vakuumkammer gelassen.
Die zirkulierende Umluft erwärmt sich an der abkühlenden Form oder den abkühlenden Formen. Damit die zirkulierende Umluft die Form oder die Formen in relativ kurzer Zeit auf niedrige Temperaturen kühlt, wird die zirkulierende Umluft gekühlt.
Während des Kühlens muss die zirkulierende Umluft in der Druck- und/oder Vakuumkammer, welche sich an der Form oder den Formen erwärmt, gekühlt werden. Weil spezielle Wärmetauscher eine besonders wirksame Kühlung der zirkulierenden Umluft ermöglichen liegt es nahe, dass die Kühlung der zirkulierenden Umluft in der Druck- und/oder Vakuumkammer in einem Wärmetauscher außerhalb der Druck- und/oder Vakuumkammer stattfindet.
Besonders einfach ist es jedoch, die zirkulierende Umluft in der Druck- und/oder Vakuumkammer an einer mit Luft oder Wasser gekühlten Druck- und/oder Vakuumkammer zu kühlen.
Damit das oder die Umluftgebläse keinen Platz in der Druck- und/oder Vakuumkammer beanspruchen bietet es sich an, dass sich das oder die Umluftgebläse im Umluftsystem außerhalb der Druck- und/oder Vakuumkammer befinden.
Insbesondere, wenn die zirkulierende Umluft in der Druck- und/oder Vakuumkammer an einer mit Luft oder Wasser gekühlten Druck- und/oder Vakuumkammer stattfindet ist es eine einfache Lösung, wenn sich das oder die Umluftgebläse in der Druck- und/oder Vakuumkammer befinden.
Findet das Kühlen der Umluft in der Druck- und/oder Vakuumkammer in einem Wärmetauscher außerhalb der Druck- und/oder Vakuumkammer statt so bietet es sich an, die Druck- und/oder Vakuumkammer zeitweise durch Ventile vom restlichen Umluftkreislauf abzutrennen. Bei geschlossenen Ventilen werden die Umluftleitungen, der oder die Wärmetauscher, gegebenenfalls das oder die Umluftgebläse und gegebenenfalls weitere Hohlräume als Druckspeicher verwendet, während in der Druck- und/oder Vakuumkammer ein geringerer Druck oder Vakuum herrscht. Durch das Öffnen der Ventile wird die gespeicherte Druckluft genutzt, um in der Druck- und/oder Vakuumkammer schnell einen Überdruck aufzubauen. Zur Herstellung eines Vakuums in der Druck- und/oder Vakuumkammer muss nur die Druck- und/oder Vakuumkammer evakuiert werden. Dafür wird weniger Zeit und Energie benötigt wie für das Evakuieren der Druck- und/oder Vakuumkammer und der Umluftleitungen, der oder die Wärmetauscher, gegebenenfalls des oder der Umluftgebläse und gegebenenfalls weiterer Hohlräume.
Die erfindungsgemäßen Ausführungen einer Rotationsformmaschine dienen vor allem dem Rotationsformen unter Umgebungsdruck-, Überdruck- und/oder Vakuumbedingungen um die durch die zeitweise Verwendung von Überdruck und/oder Vakuum erreichbaren Vorteile Verringerung der thermischen und oxidativen Belastung des Kunststoffs, Energieeinsparung, Heiz- und Kühlzeitverkürzung, Reduzierung der Schrumpfung und des Verzugs des Formteils und gegebenenfalls die Einsparung des Vortrocknens des Kunststoffpulvers zu nutzen, ohne das die Form oder die Formen einem erheblichen Differenzdruck standhalten müssen.
Außerdem zeichnen sich die erfindungsgemäßen Ausführungen einer Rotationsformmaschine dadurch aus, dass oxidationsempfindliche Kunststoffe ohne den Einsatz von Schutzgas verarbeitet werden können ohne, dass eine erhebliche Oxidation des Kunststoffs auftritt. Dabei werden das Heizen und der erste Kühlabschnitt unter Vakuumbedingungen durchgeführt so, dass das Kunststoffformteil kaum oder gar nicht oxidiert.
Bei weniger oxidationsempfindlichen Kunststoffen, die beim Rotationsformen unter Umgebungsdruck erheblich oxidieren genügt es, dass das Heizen im Vakuum stattfindet.
Da Kunststoffe im Vakuum und besonders bei höhere Temperaturen intensiv trocknen eignet sich das Heizen unter Zeitweisen oder Ständigen Vakuum in der Druck- und/oder Vakuumkammer einer erfindungsgemäßen Ausführung einer Rotationsformmaschine dazu, den Kunststoff während des Rotationsformens zu trocknen. Daher entfällt das Vortrocknen stark hygroskopischer Kunststoffe ganz oder teilweise, wobei dennoch gute mechanische und/oder optische Formteileigenschaften erreicht werden.
Bei der Verarbeitung von Kunststoffen mit einem hohen Feuchtigkeitsgehalt ist es sinnvoll, sowohl das Heizen als auch den ersten Kühlabschnitt unter Zeitweisen Vakuum in der Druck- und/oder Vakuumkammer stattfinden zu lassen. Denn zu beginn des Kühlens ist der Kunststoff noch so heiß, dass eine weitere Trocknung stattfindet.
Dadurch, dass das Heizen zeitweise oder ständig im Vakuum in der Druck- und/oder Vakuumkammer durchgeführt wird und anschließend Umgebungsdruck oder Überdruck in die Druck- und/oder Vakuumkammer gegeben wird, wird das Verschwinden von Blasen und Oberflächenporen im Kunststoff beschleunigt so, dass geringere Formtemperaturen ausreichen um annährend blasen- und porenfreie Formteile herzustellen, wodurch sich die notwendige Heizzeit, der Energieverbrauch und die thermische Belastung des Kunststoffs verringern.
Findet das Heizen zeitweise oder ständig bei Umgebungsdruck oder Vakuum in der Druck- und/oder Vakuumkammer statt und wird anschließend Überdruck in die Druck- und/oder Vakuumkammer gegeben, so beschleunigt sich die Diffusion von im Kunststoff in Blasen und Oberflächenporen eingeschlossener Luft und damit das Verschwinden der Blasen und Oberflächenporen so, dass sich die notwendige Heizzeit, der Energieverbrauch und die thermische Belastung des Kunststoffs verringern,
Wird das Kühlen zeitweise bei Überdruck in der Druck- und/oder Vakuumkammer einer erfindungsgemäßen Rotationsformmaschine durchgeführt, so kühlt sich die Luft in der Druck- und/oder Vakuumkammer durch eine Druckabsenkung ab. Dieser Effekt der Luftabkühlung durch Druckabsenkung wird genutzt, indem der Überdruck in der Druck- und/oder Vakuumkammer während des Kühlens kontinuierlich und/oder schrittweise abgesenkt wird. Durch die niedrigere Lufttemperatur in der Druck- und/oder Vakuumkammer wird besonders am Ende der Kühlzeit, eine beschleunigte Abkühlung der Form oder der Formen und damit eine Kühlzeitverkürzung erreicht. Darum kann die Form oder können die Formen bei Bedarf auch auf niedrigere Temperaturen abgekühlt werden als dies ohne Nutzung des Effekts der Luftabkühlung durch Druckabsenkung möglich wäre.
Wird das Heizen zeitweise oder ständig bei Vakuum und/oder Umgebungsdruck und das Kühlen bei Überdruck in der Druck- und/oder Vakuumkammer einer erfindungsgemäßen Rotationsformmaschine durchgeführt so, dass der Überdruck als Nachdruck wirkt werden die Schrumpfung und der Verzug des Formteils reduziert, die Abkühlgeschwindigkeit erhöht und gegebenenfalls das Verschwinden von Blasen und Oberflächenporen im Kunststoff beschleunigt.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Rotationsformmaschine werden alle Vorteile erreicht, die durch den Einsatz von Druck- und/oder Vakuumbedingungen beim Rotationsformen erreicht werden können, ohne das die Form oder die Formen einem erheblichen Differenzdruck standhalten müssen. Formen, die keinem erheblichen Differenzdruck standhalten müssen sind erheblich preiswerter als druck- und/oder vakuumbeständige Formen und sie sind leichter so, dass weniger Energie zum Erwärmen notwendig ist. Durch den Einsatz von Druck- und/oder Vakuum werden die Heiz- und Kühlzeiten verkürzt, der Energieverbrauch reduziert, die Schrumpfung und der Verzug der Formteile verringert und es werden oxidationsempfindliche Kunststoffe rotationsgeformt ohne, dass eine erhebliche Oxidation auftritt. Daher werden auch Kunststoffe, die sonst unter einer Schutzgasatmosphäre rotationsgeformt werden, im Vakuum ohne Schutzgas rotationsgeformt. Da hygroskopische Kunststoffe beim Erwärme im Vakuum intensiv trocknen, eignet sich die erfindungsgemäße Rotationsformmaschine zum Verarbeiten auch stark hygroskopischer Kunststoffe, wobei ganz oder teilweise auf eine Trocknung des Kunststoffpulvers verzichtet werden kann, ohne dass die mechanischen und/oder optischen Eigenschaften der Formteile durch Feuchtigkeit beeinträchtigt werden.
Für das Herstellen der erfindungsgemäßen Rotationsformmaschine genügt die Anwendung bekannter Fertigungs- und Montageverfahren wie Gießen, Drehen, Fräsen, Bohren, Schleifen, Sägen, Schneiden, Polieren, Umformen, Feilen, Beschichten, Schweißen, Wärmebehandeln, Verschrauben, Kleben, Stecken und/oder anderen Fertigungs- und/oder Montageverfahren. Die Maschinen, Anlagen und Werkzeuge zur Herstellung der erfindungsgemäßen Rotationsformmaschine müssen ausreichend groß und belastbar sein.
Die vorgenannten sowie beanspruchten und in dem Ausführungsbeispiel beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in Ihrer Größe, Form, Gestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeptionen keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der – beispielhaft – ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt 1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Rotationsformmaschine.
Ausführungsbeispiel
Die einzige Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Rotationsformmaschine im Vollschnitt. Anhand dieser Zeichnung wird die Erfindung beispielhaft näher erläutert.
Die zylinderförmige Druck- und/oder Vakuumkammer 1 besteht aus drei Segmenten 1a, 1b, 1c und der Verschraubung 1d. Alternativ besteht die Druck- und/oder Vakuumkammer aus nur einem Stück oder aus einer anderen Zahl von Segmenten, welche durch Schrauben und/oder Muttern zusammen gehalten werden. Die Segmente können auch durch Schweißen oder Löten gefügt werden. Alternativ ist die Druck- und/oder Vakuumkammer kugelförmig oder eiförmig.
Die zylinderförmige Druck- und/oder Vakuumkammer wird abwechselnd von zwei Maschinenarmen 2 mit jeweils einer Form 3 genutzt. In anderen Ausführungen kann die Druck- und/oder Vakuumkammer von nur einem oder auch von mehreren Maschinenarmen gleichzeitig und/oder abwechselnd genutzt werden. Auf jedem Maschinenarm können eine oder mehrere Formen befestigt sein. Bei der Rotationsformmaschine mit zwei Maschinenarmen, welche die Druck- und/oder Vakuumkammer abwechseln nutzen, wird die Druck- und/oder Vakuumkammer besser ausgelastet als bei einer Rotationsformmaschine mit nur einem Maschinenarm. Bei einer Rotationsformmaschine mit nur einem Maschinenarm kann die Druck- und/oder Vakuumkammer auf einer Seite dauerhaft verschlossen sein.
Um das Befüllen der Formen 3 mit Kunststoffpulver 4 und das Entnehmen der fertigen Formteile 5 zu ermöglichen, bestehen die Formen jeweils aus einer Unteren Formhälfte 3a und einer Oberen Formhälfte 3b. Für einige Formteile werden dagegen Formen aus mehr als zwei Formhälften benötigt, um das beschädigungsfreie Entformen zu ermöglichen.
Die Rahmen der Formen 6 bestehen ebenfalls aus zwei Hälften. Durch mehrere Schnappverschlüsse 7 werden die Formhälften zwischen dem Unteren Rahmenteil 6a und den Oberen Rahmenteil 6b zusammengedrückt. Die Schraubenfedern 8 sorgen für die gewünschte Schließkraft. Alternativ können alle für Rotationsformen anwendbaren Verschlussmechanismen angewendet werden. Idealer Weise befindet sich an den Kontaktflächen zwischen Rahmen der Form und Form 3 ein Isolierwerkstoff, welcher die Wärmeableitung von der Form in den Rahmen der Form und damit den Energiebedarf minimiert.
Wegen der Formentlüftung 9 herrscht in der Form 3 immer annährend der gleiche Druck, wie in der Druck- und/oder Vakuumkammer 1.
In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Beheizung der Form 3 über Infrarotstrahler 10, welche am Rahmen der Form 6 angebracht sind. Die Infrarotstrahler sind exemplarisch und übermäßig groß dargestellt. Die zahlreichen Infrarotstrahler sind so anzuordnen, dass alle gewünschten Formbereiche in gewünschter Weise erwärmt werden. In jedem Fall rotiert die elektrische Heizung mit der Form 3 oder den Formen. Auf diese Weise wird erreicht, dass wenig Wärmeenergie auf den Maschinenarm 2 und die Druck- und/oder Vakuumkammer 1 übertragen wird. Die elektrische Heizung besteht aus Infrarotstrahlern mit Reflektoren, Heizstäben mit Reflektoren, Magnetrons, Induktoren oder einer Kombination der genannten Möglichkeiten zur Beheizung der Form oder der Formen.
Die Stromversorgung erfolgt über Schleifringe 11 und Kabel 12. Wegen der Übersichtlichkeit sind die wenigsten Kabel eingezeichnet. An mehreren Stellen sind Bohrungen nötig, durch welche die Kabel verlegt werden. Die Kabel, welche von Außen in die Druck- und/oder Vakuumkammer 1 führen, müssen zum Beispiel durch einen vernetzbaren Kunststoff abgedichtet werden. Das Anbringen und Verlegen der Kabel ist mit konventionellen Mitteln möglich und wird daher nicht weiter thematisiert. Zum Schutz vor Verschmutzung sind an verschiedenen Stellen Filzdichtungen 13 eingezeichnet. Auf diese kann gegebenenfalls verzichtet werden. Die elektrische Versorgung der Heizung erfolgt über Kabel, Schleifringe und ggf. Stromschienen.
Damit auch die Infrarotstrahler 10 am Oberen Rahmenteil 6b mit elektrischem Strom versorgt werden, müssen zwischen dem Unteren Rahmenteil 6a und dem Oberen Rahmenteil eine oder mehrere Steckverbindungen 14 für die elektrische Versorgung vorhanden sein. Beim Öffnen der Form 3 hebt sich auch das Obere Rahmenteil an, weshalb die Steckverbindung oder die Steckverbindungen vor dem Öffnen der Form getrennt werden müssen. Eine derartige Steckverbindung ist am Rahmen der Form 6 außerhalb der Druck- und/oder Vakuumkammer 1 angedeutet. Alternativ kommen flexible Kabel für die Stromzufuhr vom Unteren zum Oberen Rahmenteil in Frage.
Die Verschlüsse 15 bestehen jeweils aus zwei Wänden 15a, dem Inneren Distanzring 15b, dem Äußeren Distanzring 15c, mehreren Riegeln 15d und dem Spiralgewinde 15e, welches die Riegel bewegt und durch einen Elektromotor 16 angetrieben ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Verschlüsse durch die Maschinenarme 2 miteinander verbunden. Alternativ entlasten Traversen zwischen den Verschlüssen die Maschinenarme. Dadurch verringert sich die mögliche Größe und/oder Anzahl der Form 3 oder Formen.
Das Verriegeln der Druck- und/oder Vakuumkammer 1 erfolgt durch die Riegel 15d, welche im Beispiel von den elektrisch angetriebenen Spiralgewinden 15e bewegt werden. Eine vergleichbare Verriegelung wird auch bei Schiffsschotten verwendet. Auf jeden Fall muss die Druck- und/oder Vakuumkammer sicher verriegelt werden. Die Riegel werden elektromechanisch, manuell, pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch bewegt.
Die Abdichtung der Verschlüsse 15 erfolgt im Beispiel durch O-Ringe 17. Dies ist eine einfache und wirksame Form der Abdichtung. Alternativ werden andersartige elastische und/oder Aufblas- oder Aufpumpbahre Dichtungen oder Schmierstoff, welcher einen schmalen Spalt zwischen den Verschlüssen und der Druck- und/oder Vakuumkammer abdichtet verwendet.
Die Rotation des gesamten Maschinenarms 2 wird durch einen Elektromotor 16 bewirkt. Für die Rotation der Form 3 um die zweite Achse sorgt in diesem Ausführungsbeispiel ein zweiter Elektromotor, welcher am Maschinenarm befestigt ist. Alternativ werden elektrisch betriebene Getriebemotoren verwendet. Anstatt dem Elektromotor am Maschinenarm kann der Antrieb der zweiten Achse über Zahnräder und Wellen am und/oder im Maschinenarm erfolgen. Das ist zwar aufwendiger, ist aber dann sinnvoll, wenn der Elektromotor am Maschinenarm nicht ausreichen vor Erwärmung geschützt werden kann.
Die dargestellte Form 3 außerhalb der Druck- und/oder Vakuumkammer 1 wird geöffnet, das Formteil 5 entformt und die Form erneut mit Kunststoffpulver 4 befüllt und verschlossen. Die mit Kunststoffpulver gefüllte Form in der Druck- und/oder Vakuumkammer wird monoaxial oder biaxial kontinuierlich und/oder reversierend rotiert. Es können auch mehrere Formen an einem Maschinenarm 2 befestigt sein. Bei anderen Ausführungen der Erfindung befinden sich sowohl in der Druck- und/oder Vakuumkammer als auch außerhalb der Druck- und/oder Vakuumkammer ein oder mehrere Maschinearme.
Das Heizen der mit Kunststoffpulver 4 gefüllten Form 3 in der Druck- und/oder Vakuumkammer 1, welche monoaxial oder biaxial kontinuierlich und/oder reversierend rotiert erfolgt durch zahlreiche Infrarotstrahler 10, welche am Rahmen der Form 6 befestigt sind. Vor und/oder während der Heizens der monoaxial oder biaxial kontinuierlich und/oder reversierend rotierenden Form saugt eine Vakuumpumpe (nicht dargestellt) die Luft, durch den Vakuumanschluss 18 aus der Druck- und/oder Vakuumkammer. Dabei sind die Ventile 19 in den Umluftleitungen 20 verschlossen. Auf diese Weise muss nur die Druck- und/oder Vakuumkammer evakuiert werden. Gleichzeitig strömt durch den Druckluftanschluss 21 Druckluft von einem oder mehreren Kompressoren (nicht dargestellt) in eine Umluftleitung. So dienen die Umluftleitungen, das Gebläse 22 und der angedeutete Wärmetauscher 23 als Druckspeicher. Beim Heizen im Vakuum in der Druck- und/oder Vakuumkammer, wird fast keine Luft in den Blasen und Oberflächenporen im schmelzenden Kunststoff in der Form eingeschlossen. Darum verschwinden die Blasen und Oberflächenporen im Kunststoff nach dem Druckausgleich mit der Umgebung und/oder der in den Umluftleitungen, dem Gebläse und im Wärmetauscher gespeicherten Druckluft bei niedrigeren Temperaturen als beim Rotationsformen ohne Vakuum. Dadurch werden die notwendige Heizzeit, die notwendigen Temperaturen, die thermische Belastung des Kunststoffs und der Energieverbrauch reduziert. Da Kunststoffe mit einem zu hohem Feuchtigkeitsgehalt im Vakuum bei hohen Temperaturen sehr schnell trocken, kann beim Rotationsformen von stark hygroskopischen Kunststoffen unter Vakuumbedingungen ganz oder teilweise auf ein ansonsten notwendiges Vortrocknen des Kunststoffs verzichtet werden. Weil im Vakuum fast kein Sauerstoff vorhanden ist, kann der Kunststoff fast gar nicht oxidieren. Auf einen Vakuumanschluss und eine Vakuumpumpe kann aber auch verzichtet werden. Die Vorteile des Heizens bei Vakuumbedingungen sind dann nicht nutzbar. Auch auf die Ventile in den Umluftleitungen kann verzichtet werden. Die Umluftleitungen, das Gebläse und der Wärmetauscherscher können dann nicht als Druckspeicher genutzt werden und die Druck- und/oder Vakuumkammer muss gegebenenfalls zusammen mit den Umluftleitungen, dem Gebläse und dem Wärmetauscher evakuiert werden.
Zum Kühlen der Form 3 in der Druck- und/oder Vakuumkammer 1 wird zum Beispiel durch den Vakuumanschluss 18, zunächst ein Druckausgleich mit der Umgebung hergestellt. Anschließend werden die Ventile 19 in den Umluftleitungen 20 geöffnet so, dass der Druck in der Druck- und/oder Vakuumkammer schnell steigt. Wird auf den vorangehenden Druckausgleich mit der Umgebung verzichtet, ist der Druck in der Druck- und/oder Vakuumkammer nach dem Öffnen der Ventile in den Umluftleitungen zunächst weniger hoch. Wird der Druck in der Druck- und/oder Vakuumkammer anschießend durch den Druckluftanschluss 21 erhöht, bedeutet dies einen zusätzlichen Druckluftverbrauch. Ohne die Ventile in den Umluftleitungen strömt die Druckluft durch den Druckluftanschluss langsamer in die Druck- und/oder Vakuumkammer und es dauert länger, bis der gewünschte Druck in der Druck- und/oder Vakuumkammer erreicht ist. Besonders, wenn das Heizen bei Umgebungsdruck durchgeführt wird, beschleunigt ein anschließender Überdruck am Ende des Heizens oder zu Beginn des Kühlens die Diffusion der in Blasen und Oberflächenporen eingeschlossenen Luft in die Kunststoffschmelze und damit das Verschwinden der Blasen und Oberflächenporen im Kunststoff. Auch auf diese Weise werden die notwendige Heizzeit, die notwendigen Temperaturen, die thermische Belastung des Kunststoffs und der Energieverbrauch reduziert. Ein Überdruck in der Druck- und/oder Vakuumkammer während des Kühlens wirkt als Nachdruck in der Form oder den Formen und reduziert die Schrumpfung und den Verzug des Formteils. Außerdem erhöht sich mit dem Druck in der Druck- und/oder Vakuumkammer die Wärmeübertragung der zirkulierenden Luft in der Druck- und/oder Vakuumkammer, wodurch die Abkühlgeschwindigkeit höher ist als bei Umgebungsdruck. Dadurch reduziert sich die notwendige Kühlzeit. Die Vorteile des Rotationsformens unter Vakuumbedingungen können aber auch ohne eine Druckluftversorgung genutzt werden.
Das Gebläse 22 sorgt während des Kühlens dafür, dass die Luft in der Druck- und/oder Vakuumkammer 1 strömt. Im Beispiel ist das Gebläse als Drehkolbengebläse dargestellt. Es können ein oder mehrere Umluftgebläse eingesetzt werden. Das oder die Umluftgebläse können zum Beispiel Axialgebläse, Radialgebläse, Drehkolbengebläse oder andere Gebläsetypen sein. Alternativ kann das Zirkulieren der Luft in der Druck- und/oder Vakuumkammer durch ein oder mehrere Venturidüsen durch einströmende Druckluft bewirkt werden. Auch ohne Venturidüse kann einströmende Druckluft das Zirkulieren der Luft in der Druck- und/oder Vakuumkammer bewirken.
Die Luft in der Druck- und/oder Vakuumkammer 1 erwärmt sich an der abkühlenden Form 3 und kühlt im Wärmetauscher 23 auf dem Dach 24, welcher wiederum durch einen Lüfter 25 gekühlt wird, ab. Alternativ werden das oder die Umluftgebläse und/oder der oder die Wärmetauscher in der Fabrikhalle oder an einer anderen Stelle angeordnet. Wird die Druck- und/oder Vakuumkammer gekühlt, dann kann auf den oder die Wärmetauscher verzichtet werden und das oder die Umluftgebläse befinden sich in der Druck- und/oder Vakuumkammer. In jedem Fall muss die zirkulierende Umluft gekühlt werden, weil sonst die zunehmende Erwärmung der Umluft dazu führen würde, dass die Form oder die Formen nicht ausreichend gekühlt werden.
Nachdem die Form 3 mit dem Formteil 5 in der Druck- und/oder Vakuumkammer 1 ausreichend abgekühlt ist, wird in der Druck- und/oder Vakuumkammer zum Beispiel durch das Öffnen des Vakuumanschlusses 18 Umgebungsdruck hergestellt. Die Rotation der Form wird gestoppt und die die Riegel 15d werden eingefahren. Durch die Antriebe 26 an den Verschlüssen 15 fahren die Verschlüsse mit Rädern 27 auf den Schienen 28, welche am Boden 29 befestigt sind. Auf diese Weise fährt der Maschinenarm 2 mit der Form 3 mit dem fertigen Formteil aus der Druck- und/oder Vakuumkammer heraus und der Maschinenarm 2 mit der anderen, mit Kunststoffpulver gefüllten Form fährt in die Druck- und/oder Vakuumkammer hinein. Die Anschläge 30 stellen sicher, dass die Verschlüsse richtig positioniert werden, damit die Druck- und/oder Vakuumkammer 1 anschließend sicher verriegelt wird. Dann beginnt der Prozess von vorne.
Die Antriebe an den Verschlüssen 15 sind im Beispiel elektrisch. Alternativ kommen auch hydraulische oder manuelle Antriebe in Frage. Der oder die Radantriebe 26 sind an einen oder mehreren Verschlüssen angebracht oder befinden sich an einer anderen Stelle, wenn der Antrieb zum Beispiel über einen oder mehrere Seilzüge, Gewinde, Kettenzüge oder andere Antriebstechniken erfolgt. Die Verschlüsse können wie im Beispiel mit Rädern 27 oder Rollen auf Schienen 28 verschiebbar geführt werden. Alternativ eignen sich Räder, die so angeordnet sind, dass die Verschlüsse sicher in die Druck- und/oder Vakuumkammer fahren oder Säulenführungen. Werden anstatt des mittleren Verschlusses zwei Verschlüsse angebracht, also an jedem Maschinenarm ein Verschluss, dann können sich beide Maschinenarme außerhalb der Druck- und/oder Vakuumkammer befinden, was mit einem gemeinsamen mittleren Verschluss nicht möglich ist.
Mit der in 1 dargestellten Rotationsformmaschine lassen sich alle Kunststoffe zu Formteilen rotationsformen, die für das Rotationsformen verwendet werden. Es können sogar im Vakuum oxidationsempfindliche Kunststoffe ohne Schutzgas rotationsgeformt werden, für die gewöhnlich ein Schutzgas verwendet wird ohne, dass eine erhebliche Oxidation auftritt. Bei stark hygroskopischen Kunststoffen kann ganz oder teilweise auf das ansonsten notwendige Vortrocknen verzichtet werden.
Alle Formteilgeometrien, die durch Rotationsformen hergestellt werden, sind auch mit einer Rotationsformmaschine in der in 1 dargestellten Art zu verwirklichen. Die Rotationsformmaschine in 1 kann beliebig groß ausgeführt werden.
Wegen der einfachen Formen ist die in 1 dargestellte Rotationsformmaschine auch bei kleinen Stückzahlen wirtschaftlich. Die kurzen Heiz- und Kühlzeiten und der geringe Energieverbrauch führen zu einer hohen Wirtschaftlichkeit auch bei größeren Stückzahlen. Die geringe Schrumpfung und der geringe Verzug der Formteile garantieren die Erfüllung höchster Qualitätsansprüche an rotationsgeformte Formteile. Besonders wirtschaftlich ist die in 1 dargestellte Rotationsformmaschine für die Verarbeitung oxidationsempfindlicher Kunststoffe, welche gewöhnlich unter einer Schutzgasatmosphäre rotationsgeformt werden. Das Schutzgas wird durch Vakuum in der Druck- und/oder Vakuumkammer ersetzt. Da hygroskopische Kunststoffe beim Erwärmen im Vakuum intensiv trocknen, eignet sich die in 1 dargestellte Rotationsformmaschine zum Verarbeiten auch stark hygroskopischer Kunststoffe, wobei ganz oder teilweise auf eine Vortrocknung des Kunststoffpulvers verzichtet werden kann, ohne dass die mechanischen und/oder optischen Eigenschaften der Formteile durch Feuchtigkeit beeinträchtigt werden.

1: Druck- und/oder Vakuumkammer (zylinderförmig)
1a: Segment a
1b: Segment b
1c: Segment c
1d: Verschraubung
2: Maschinenarm
3: Form
3a: Untere Formhälfte
3b: Obere Formhälfte
4: Kunststoffpulver
5: Formteil
6: Rahmen der Form
6a: Unterer Rahmenteil
6b: Oberer Rahmenteil
7: Schnappverschluss
8: Schraubenfeder
9: Formentlüftung
10: Infrarotstrahler
11: Schleifring
12: Kabel
13: Filzdichtung
14: Steckverbindung (Stromanschluss der Infrarotstrahler am oberen Rahmenteil)
15: Verschluss
15a: Wand (rund)
15b: Innerer Distanzring (rund)
15c: Äußerer Distanzring (rund)
15d: Riegel
15e: Spiralgewinde
16: Elektromotor
17: O-Ring
18: Vakuumanschluss
19: Ventil
20: Umluftleitung
21: Druckluftanschluss
22: Gebläse
23: Wärmetauscher
24: Dach
25: Lüfter
26: Radantrieb (eines Verschlusses)
27: Rad
28: Schienen
29: Boden
30: Anschlag

Claims

Rotationsformmaschine mit mitrotierender, elektrisch betriebener Formbeheizung zum Rotationsformen von Formteilen aus Kunststoffen wie zum Beispiel Polyäthylen, Polypropylen, Polyamid, Polycarbonat, Fluorpolymeren, Polyvinylchlorid oder anderen Kunststoffen in Form von Kunststoffpulver, Mikrogranulat, Mischungen aus Kunststoffpulver und Mikrogranulat, Plastisol oder reaktionsfähigen flüssigen Ausgangsstoffen unter temporärem Vakuum- oder Überdruck dadurch gekennzeichnet, dass das Heizen und Kühlen der zeitweise monoaxial, biaxial, kontinuierlich und/oder reversierend rotierenden Form (3) oder Formen mit Formentlüftung (9) in einer verriegelten, abgedichteten Druck- und/oder Vakuumkammer (1) stattfinden, in der zeitweise Druck- und/oder Vakuumbedingungen herrschen,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Form oder die Formen durch zahlreiche Infrarotstrahler (10), insbesondere durch solche mit einem mit dem Glaskörper verbundenen Reflektor beheizt werden, welche an dem oder den Rahmen der Form (6) befestigt sind,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Druck- und/oder Vakuumkammer (1) aus mehreren Segmenten (1a, 1b, 1c) zusammengesetzt und durch Schrauben (1d) und/oder Muttern verschraubt ist und/oder durch Schweißen, Kleben oder Löten gefügt wird,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Druck- und/oder Vakuumkammer (1) aus einem Stück besteht,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Druck- und/oder Vakuumkammer (1) an einem Ende ständig verschlossen ist und ein Verschluss (15) mit einem Maschinenarm die Druck- und/oder Vakuumkammer nutzt,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Druck- und/oder Vakuumkammer (1) kugelförmig oder eiförmig oder insbesondere zylinderförmig ist,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Verschluss (15) zwischen den beiden Maschinenarmen (2) ein oder mehrere Dichtungen und/oder Dichtflächen auf jeder Seite des Rades (27), der Rolle, der Räder oder der Rollen hat, womit jeweils die gleiche Seite der Druck- und/oder Vakuumkammer (1) radial oder axial abgedichtet wird, auf der ein oder mehrere Dichtungen und/oder Dichtflächen des mittleren Verschlusses im Bezug auf das Rad, die Räder, die Rolle oder die Rollen sind,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss oder die Verschlüsse (15) elektromechanisch, manuell, pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch verriegelt werden, insbesondere durch Riegel (15d) welche durch Spiralgewinde (15e) angetrieben werden,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss oder die Verschlüsse (15) in der Druck- und/oder Vakuumkammer (1) abgedichtet sind, insbesondere durch O-Ringe (17) oder eine andersartige elastische und/oder Aufblas- oder Aufpumpbahren Dichtung oder durch Schmierstoff, welcher einen schmalen Spalt zwischen dem Verschluss oder den Verschlüssen und der Druck- und/oder Vakuumkammer abdichtet,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss oder die Verschlüsse (15) fahrbar sind und elektromechanisch, manuell, pneumatisch, hydraulisch, über einen oder mehrere Radantriebe (26), einen oder mehrere Seilzüge, Gewinde, Kettenzüge oder andere Antriebstechniken erfolgen wobei die Führung durch Säulenführungen oder eine geeignete Anordnung der Räder oder Rollen und insbesondere durch Räder (27) auf Schienen (28) gewährleistet wird,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass kein, ein, alle oder mehrere Verschlüsse (15) doppelwandig sind,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlüsse (15) rund sind,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlüsse (15) hintereinander angeordnet und ausschließlich über den oder die Maschinenarme (2) miteinander verbunden sind,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlüsse (15) hintereinander angeordnet und sowohl über eine oder mehrere Traverseren und über den oder die Maschinenarme (2) miteinander verbunden sind,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlüsse (15) hintereinander angeordnet sind und sich zwischen zwei Maschinenarmen (2) ein gemeinsamer Verschluss befindet,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlüsse (15) hintereinander angeordnet sind und sich an beiden Enden der Maschinenarme (2) jeweils ein Verschluss befindet,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die biaxiale Rotation der Form (3) durch einen Elektromotor (16) am und/oder im rotierenden Maschinenarm (2) bewirkt wird,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die biaxiale Rotation der Form oder der Formen (3) durch nicht mitrotierende Elektromotoren und Antriebswellen in oder an dem Maschinenarm oder den Maschinenarmen (2) bewirkt wird,
Rotationsformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sich ein oder mehrere Maschinenarme (2) mit einer oder mehreren Formen (3) gleichzeitig und/oder abwechselnd in der Druck- und/oder Vakuumkammer (1) befinden,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen zwischen der Form (3) oder den Formen gegenüber dem oder den Rahmen der Form (6), insbesondere durch einen Glimmerhaltigen Werkstoff oder einem Faserverstärkten Kunststoff thermisch isoliert sind,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das zeitweise Zirkulieren der Luft in der Druck- und/oder Vakuumkammer (1) durch ein oder mehrere Umluft- Gebläse (22) bewirkt wird,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das zeitweise Zirkulieren der Luft in der Druck- und/oder Vakuumkammer (1) durch einströmende Druckluft bewirkt wird, insbesondere durch eine oder mehrere Venturidüsen,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft durch eine oder mehrere Venturidüsen und/oder ein oder mehrere sonstige Ventile direkt oder indirekt in die Druck- und/oder Vakuumkammer (1) gelassen wird,
Rotationsformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die zirkulierende Umluft gekühlt wird,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung der zirkulierenden Luft in der Druck- und/oder Vakuumkammer (1) in einem Wärmetauscher (23) außerhalb der Druck- und/oder Vakuumkammer stattfindet,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die zirkulierende Umluft in der Druck- und/oder Vakuumkammer (1) an der mit Wasser oder Luft gekühlten Druck- und/oder Vakuumkammer gekühlt wird,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich das oder die Umluft- Gebläse (22) im Umluftsystem außerhalb der Druck- und/oder Vakuumkammer (1) befinden,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich das oder die Umluft-Gebläse (22) innerhalb der Druck- und/oder Vakuumkammer (1) befinden,
Rotationsformmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich im Umluftkreislauf Ventile (19) befinden, durch welche die Druck- und/oder Vakuumkammer (1) zeitweise vom restlichen Umluftkreislauf abgetrennt wird so, dass die Umluftleitungen (20), der oder die Wärmetauscher (23), gegebenenfalls das oder die Umluft-Gebläse (22) und gegebenenfalls weitere Hohlräume als Druckspeicher verwendet werden, während in der Druck- und/oder Vakuumkammer ein geringerer Druck oder Vakuum herrscht und zur Herstellung eines Vakuums in der Druck- und/oder Vakuumkammer nur die Druck- und/oder Vakuumkammer evakuiert werden muss,
Verfahren zum Rotationsformen unter Umgebungsdruck-, Überdruck- und/oder Vakuumbedingungen dadurch gekennzeichnet, dass eine Rotationsformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird,
Verfahren zum Herstellen Rotationsgeformter Formteile aus Kunststoffen, die beim Rotationsformen unter Umgebungsdruck und Luftatmosphäre erheblich oxidieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizen und der erste Kühlabschnitt unter Vakuumbedingungen in der Druck- und/oder Vakuumkammer (1) einer Rotationsformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt werden,
Verfahren zum Herstellen Rotationsgeformter Formteile aus Kunststoffen, die beim Rotationsformen unter Umgebungsdruck und Luftatmosphäre erheblich oxidieren dadurch gekennzeichnet, dass das Heizen im Vakuum in der Druck- und/oder Vakuumkammer (1) einer Rotationsformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt wird,
Verfahren zum Herstellen Rotationsgeformter Formteile aus Kunststoffen, die wegen stark hygroskopischer Eigenschaften vorgetrocknet werden um Formteile mit guten mechanischen und/oder optischen Eigenschaften herzustellen dadurch gekennzeichnet, dass das Heizen zeitweise oder ständig im Vakuum in der Druck- und/oder Vakuumkammer (1) einer Rotationsformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt wird so, dass das Vortrocknen ganz oder teilweise entfällt und dennoch gute mechanische und/oder optische Formteileigenschaften erreicht werden,
Verfahren zum Herstellen Rotationsgeformter Formteile aus Kunststoffen, die wegen stark hygroskopischer Eigenschaften vorgetrocknet werden um Formteile mit guten mechanischen und/oder optischen Eigenschaften herzustellen dadurch gekennzeichnet, dass das Heizen und der erste Kühlabschnitt zeitweise oder ständig im Vakuum in der Druck- und/oder Vakuumkammer (1) einer Rotationsformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt wird so, dass das Vortrocknen ganz oder teilweise entfällt und dennoch gute mechanische und/oder optische Formteileigenschaften erreicht werden,
Verfahren zum Herstellen Rotationsgeformter Formteile aus Kunststoff dadurch gekennzeichnet, dass das Heizen zeitweise oder ständig im Vakuum in der Druck- und/oder Vakuumkammer (1) einer Rotationsformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt wird und anschließend Umgebungsdruck oder Überdruck in die Druck- und/oder Vakuumkammer gegeben wird,
Verfahren zum Herstellen Rotationsgeformter Formteile aus Kunststoff dadurch gekennzeichnet, dass das Heizen zeitweise oder ständig bei Umgebungsdruck oder Vakuum in der Druck- und/oder Vakuumkammer (1) durchgeführt wird und anschließend Überdruck in die Druck- und/oder Vakuumkammer unter Verwendung einer Rotationsformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche gegeben wird,
Verfahren zum Herstellen Rotationsgeformter Formteile aus Kunststoff dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlen zeitweise bei Überdruck in der Druck- und/oder Vakuumkammer (1) einer Rotationsformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt wird und der Überdruck in der Druck- und/oder Vakuumkammer während des Kühlens kontinuierlich und/oder schrittweise abgesenkt wird,
Verfahren zum Herstellen Rotationsgeformter Formteile aus Kunststoff dadurch gekennzeichnet, dass das Heizen zeitweise oder ständig bei Vakuum und/oder Umgebungsdruck und das Kühlen bei Überdruck in der Druck- und/oder Vakuumkammer (1) einer Rotationsformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt wird so, dass der Überdruck als Nachdruck wirkt,
Verwendung einer Rotationsformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Herstellen von Formteilen aus Kunststoff unter Verwendung von Vakuum- und/oder Druckbedingungen in der Druck- und/oder Vakuumkammer (1),
Verfahren zur Herstellung einer Rotationsformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass bekannte Fertigungs- und Montageverfahren wie Gießen, Drehen, Fräsen, Bohren, Schleifen, Sägen, Schneiden, Polieren, Umformen, Feilen, Beschichten, Schweißen, Löten, Wärmebehandeln, Verschrauben, Kleben, Stecken und/oder andere Fertigungs- und Montageverfahren angewendet werden.