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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Rotationskörpern aus
Kunststoff durch Schleudergießen Die bekannten Schleudergießverfahren zur Herstellung
von Rotationskörpern aus Kunststoff, insbesondere von Rohren oder rohrähnlichen
Körpern werden allgemein in der Weise durchgeführt, daß die Gießmasse der Schleudergußform
von der Drehachse her zugeführt und durch die Fliehkraft an die Wandungen der Form
angelagert wird. Das Gießen erfolgt also in der Richtung der Radialkomponente der
Fliehkraft. Mit diesem bekannten Verfahren lassen sich naturgemäß nur solche Körper
herstellen, die nur eine geringe Wandstärke besitzen, während ihre axiale Länge
beliebig sein kann. Beim Versuch, nach dem bekannten Verfahren dickwandige oder
gar scheibenförmige Körper herzustellen, ergibt sich der die Güte des Endproduktes
wesentlich beeinflussende Nachteil, daß die in der Schleuderform enthaltene Luft
von der Gießmasse mitgerissen wird und als Luftblasen in dem Gußstück eingeschlossen
bleibt.
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Das fertige Gußstück ist dadurch minderwertig. Dieser Nachteil steigert
sich mit zunehmender Wandstärke der Gußstücke, da dabei eine Vermehrung der Lufteinschlüsse
erfolgt. Um diesen Nachteil zu beheben, ist man dazu übergegangen, das Schleudergießverfahren
im Vakuum durchzuführen, mußte dafür aber den Nachteil in Kauf nehmen, eine teure,
komplizierte und störanfällige Vorrichtung verwenden zu müssen, die den Gestehungspreis
der Gießerzeugnisse erheblich erhöhte.
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Die nach dem bekannten Verfahren hergestellten Rotationshohlkörper
haben an ihrem äußeren Umfang die durch die Gießform bestimmte Oberflächengestalt
und sind an ihrem inneren Umfang durch eine mehr oder weniger genaue Zylindermantelfläche
begrenzt. Mit dem bekannten Verfahren können aber keine Rotationshohlkörper erzeugt
werden, die auch an ihrem inneren Umfang eine vorbestimmte Oberflächengestalt aufweisen.
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Gemäß einem weiteren bekannten Schleudergießverfahren wird die Gießmasse
in die Schleudervorrichtung zentral eingefüllt und gelangt unter der Einwirkung
der Fliehkraft in radialer Richtung von innen nach außen unmittelbar in ein bei
diesem Vorgang erweitertes, d. h. nicht die Dimensionen des zu fertigenden Werkstückes,
sondern erheblich größere aufweisendes Formnest, an dessen Umfang sie sich sammelt.
Im Anschluß hieran wird die Gießmasse, die das Formnest bis jetzt noch nicht gänzlich
ausfüllt, durch Verschieben einiger Formnestteile und somit erfolgende Verkleinerung
des Formnestes auf die Abmessungen des fertigen Werkstückes auch in die übrigen
noch zu füllenden, der Rotationsachse näher liegenden Teile des Formnestes hineingepreßt.
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Mit diesem bekannten Verfahren können zwar Gußstücke erzeugt werden,
die auch an ihrem inneren Umfang eine vorbestimmte Oberflächengestalt aufweisen,
jedoch muß man hierfür wiederum eine Erhöhung des Gestehungspreises der Gießerzeugnisse
in Kauf nehmen, da die für dieses Verfahren benötigte Vorrichtung dadurch, daß einige
Teile des Formnestes axial verschoben werden, eine beträchtliche Höhe aufweist und
außerdem nur immer ein Guß stück und nicht mehrere auf einmal hergestellt werden
können.
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Alle geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten werden erfindungsgemäß
dadurch behoben, daß das Einführen des Kunststoffes in das Formnest von dessen äußerem
Umfang her entgegen der Fliehkraft erfolgt.
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Um das Einfließen der Gießmasse in die Schleuderform vom äußeren
Umfang her entgegen der Fliehkraft zu erreichen, wird das Prinzip der kommunizierenden
Röhren ausgenutzt. Die Gießmasse wird erfindungsgemäß in einen konzentrisch zur
Drehachse angeordneten, sich nach seinem äußeren Umfang zu in axialer Richtung verengenden
kreisförmigen Raum gegeben, in dem unter Einfluß der Fliehkraft eine Vorverdichtung
und Entlüftung der Gießmasse erfolgt. Durch mehrere am Umfang dieses Verdichtungsraumes
angeordnete absperrbare Düsen gelangt die Gießmasse in außerhalb des Umfanges der
Formnester in dem Schleudertrommelmantel axial verlaufende Verteilerrinnen. Aus
den Verteilerrinnen fließt die Gießmasse unter dem Druck der in dem Verdichtungsraum
befindlichen Gießmassenmenge entgegen der Fliehkraft in die einzelnen, mit den Verteilerrinnen
in Verbindung stehenden Formnester.
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Dabei schiebt die in die Formnester eintretende
Gießmasse
die in diesen enthaltene Luft vor sich her, die durch Entlüftungsöffnungen aus den
Fonnnestern entweicht.
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Zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung dient zweckmäßigerweise
eine Vorrichtung, die aus einer wahlweise um eine senkrechte oder waagerechte Achse
in Umdrehung versetzbaren, an ihrem inneren Umfang eine Anzahl axial verlaufender
Verteilerrinnen aufweisenden Schleudertrommel, die an ihrem einen Ende einen lösbar
befestigten, Einrichtungen zum Einsetzen in eine Drehvorrichtung mehrere Spannschrauben
und Entlüftungslöcher aufweisenden Boden besitzt und an ihrem anderen Ende durch
einen an ihr um die Drehachse drehbaren, einen Vorverdichtungsraum mit zentraler
Einfüllöffnung enthaltenen Füllkopf verschlossen ist, der an seiner der Schleudertrommel
zugekehrten Stirnseite eine Anzahl radial gerichtete, nach außen sich verengende
Nuten aufweist, die in die Verteilerrinnen münden und die durch eine Relativdrehung
zwischen Füllkopf und Schleudertrommel von den Verteilerrinnen absperrbar sind,
und aus einer Anzahl in die Schleudertrommel einzulegender ring- undloder scheibenförmiger
Gießformen besteht, die durch die Spannschrauben über eine axial bewegliche Spannscheibe
gegen ein an der Füllkopfseite befindliches festes Widerlager gespannt und so in
ihrer Lage gehalten werden.
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Um möglichst viele unterschiedlich geformte Gußstücke herstellen
zu können, ist jede Gießform mehrteilig ausgeführt. Eine Gießform besteht zweckmäßigerweise
aus einem den äußeren Umfang in Abmessung und Gestalt bestimmenden, mit radialen
Eintrittsschlitzen versehenen Ring und einem dem inneren Umfang ebenfalls in Abmessung
und Gestalt bestimmenden Ring mit Luftauslaßschlitzen und aus zwei Ringscheiben
oder Vollscheiben als Stirnbegrenzungen. Dabei sorgen Zentriersitze, die an den
Ringscheiben bzw. Vollscheiben angebracht sind, für einen einwandfreien konzentrischen
Sitz der beiden Ringe.
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Um eine leichte Entfernung der nach dem Guß in den Verteilerrinnen
noch vorhandenen Gußmasse zu ermöglichen, sind diese so ausgebildet, daß in Richtung
vom Füllkopf zum Boden hin die Tiefe zunimmt und der Neigungswinkel der Seitenwände
abnimmt.
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Dadurch ergibt sich eine Keilform für den Gußmassenrest, der dann
leicht in Richtung nach dem Bodenende zu ausgeräumt bzw. ausgestoßen werden kann.
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Zur Aufnahme des durch die Spannscheibe auf die eingesetzten Formen
ausgeübten axialen Druckes dient eine an der Füllkopfseite in die Schleudertrommel
eingesetzte, aber herausnehmbare Widerlagerscheibe. Der Umfang dieser Scheibe ist
vollkommen kreisförmig, so daß die Verteilerrinnen überbrückt, aber nicht versperrt
werden. Die nach dem Füllkopf hin liegende Seite der Widerlagerscheibe bildet zugleich
die eine axiale Begrenzungsfläche des Vorverdichtungsraumes.
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Die Spannscheibe weist Ansätze auf, die in die Verteilerrinnen eingreifen,
so daß ein Teil des Querschnittes der Verteilerrinnen abgeschlossen ist. Um zu verhindern,
daß sich beim Schleudern eine größere Menge der Gießmasse an der Spannscheibe vorbei
in den Raum zwischen Spannscheibe und Boden drückt, ist es zweckmäßig, bei der Vorbereitung
der Schleudervorrichtung für einen Guß vor dem Aufsetzen des Bodens in die freien
Abschnitte der Verteilerrinnen
als Abschlußmittel Fett oder irgendeine leicht entfernbare
ähnliche Masse einzudrücken. Die eine zentrale Entlüftungsöffnung aufweisende Spannscheibe
kann in einfacher Weise mittels mehrerer in den Boden angeordneter Druckschrauben
axial in Richtung auf die Widerlagerscheibe verschoben werden.
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Eine einfache und schnell lösbare und ein gegenseitiges Verdrehen
des Füllkopfes gegenüber der Schleudertrommel zulassende Verbindung zwischen diesen
beiden Teilen ist durch eine Anzahl in die füllkopfseitige Stirnseite der Schleudertrommel
bündig eingelassener Permanentmagnete geschaffen, die den Füllkopf fest anziehen.
Dabei liegt der Füllkopf satt an der Schleudertrommel an, so daß irgendwelche Dichtungen
nicht erforderlich sind.
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Zur Begrenzung der die Absperrung der Verbindung zwischen dem Vorverdichtungsraum
des Füllkopfes und den Verteilerrinnen bewirkenden Verdrehung des Füllkopfes in
bezug auf die Schleudertrommel ist eine aus einem Stift und einem entsprechend bemessenen
Langloch gebildete Anschlageinrichtung vorgesehen. Es können auch andere, den gleichen
Zweck erfüllende Mittel verwendet werden.
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Um die absperrende Verdrehung herbeizuführen, kann z. B. eine den
Umfang des Füllkopfes umgebende Bandbremse angeordnet sein, die im gegebenen Augenblick
von Hand oder durch Schaltgeräte kurzzeitig angezogen wird, bis die Absperrstellung
erreicht ist.
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Die Zuführung der Gießmasse zur Schleudervorrichtung erfolgt entweder
von Hand oder unmittelbar in den Vorverdichtungsraum oder zweckmäßigerweise durch
eine Zuführungsleitung, die in einem den Füllkopf gegen die Schleudertrommel drückenden
und in die Einfüllöffnung des Füllkopfes hineinragenden Druckkegel od. dgl. angeordnet
und mit einer Dosiereinrichtung verbunden ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Abt. 1 ist ein Schnitt nach der LinieIII-III in Abb. 2; A b b. 2
zeigt in ihrer linken Hälfte eine Ansicht in Richtung des PfeilesIV in Ab b. 1;
das rechte obere Viertel ist ein Schnitt nach der LinieI-I in A b b. 1 und das rechte
untere Viertel ein Schnitt nach der Linie II-II in Ab b. 1.
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Eine Schleudertrommel 1 in Form eines Hohlzylinders weist an ihrem
inneren Umfang eine Anzahl durchgehender, axial gerichteter Nuten 2 auf, die als
Verteilerrinnen dienen. Diese Verteilerrinnen 2 sind an dem durch einen Füllkopf
3 abgeschlossenen Ende Trommel 1 im Querschnitt rechteckig. Sie erweitern und vertiefen
sich nach dem anderen, durch einen Boden4 verschlossenen Trommelende zu einem trapezförmigen
Querschnitt, wobei die längere Grundlinie des Trapezes mit dem Innenumfang der Trommel
1 zusammenfällt und die kürzere Grundlinie gleich der Breite der Verteilerrinnen
2 an der Füllkopfseite ist. In die füllkopfseitige Stirnfläche der Trommel 1 sind
mehrere Permanentmagnete 5 derart eingelassen, daß ihre Stirnfläche mit der Stirnfläche
der Trommel 1 bündig abschließt. Sie dienen zum Halten des Füllkopfes 3 an der Trommel
1.
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Der Füllkopf 3 wird durch eine mit Innenzentrierung auf die Trommel
aufgesetzte magnetisierbare Metallscheibe gebildet, die durch die Zugkraft der Magnete
5 in axialer Richtung fest an die Trommel 1 angepreßt wird. Diese Befestigungsart
läßt jedoch
eine durch einen Stift 6 und ein Langloch 7 begrenzte
Verdrehung des Füllkopfes 3 gegenüber der Trommell zu. Der Füllkopf weist eine zentral
gelegene Einfüllöffnung 8 auf, die sich nach dem Trommelinneren trichterförmig erweitert.
Von dieser trichterförmigen Ausweitung gehen strahlenförmige Nuten 9 aus, die sich
nach dem Umfang zu verengen und in der Füllstellung des Füllkopfes 3 zur Schleudertrommell
(SchnittI-I) genau über den Verteilerrinnen 2 stehen. Wird der Füllkopf 3 gegenüber
der Schleudertrommel 1 um den durch die Länge des Langloches 7 festgelegten Winkel
verdreht, dann sind die Nuten 9 durch die Wand der Schleudertrommel 1 verschlossen
(s. Schnitt 1-1, gestrichelt).
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Der Boden 4 weist einen zentralen Zapfen 10 auf, der das Einsetzen
der Schleudervorrichtung in eine Drehvorrichtung ermöglicht. Außerdem ist der Boden
4 mit einem Kranz von Entlüftungslöchern 11 versehen, deren Achsen gegen die Achse
der Schleudertrommel 1 geneigt sind, so daß beim Umlaufen eine die Luft aus dem
Trommelinneren absaugende Ventilatorwirkung eintritt. Zur Befestigung des Bodens
4 an der Schleudertrommel 1 dienen mehrere an dieser angelenkte Schrauben 12, die
in gabelartige Vorsprünge 13 des Bodens 4 eingeschwenkt werden und durch Festziehen
der Muttern 14 den Boden 4 fest, aber schnell lösbar mit der Schleudertrommel 1
verbinden. In dem Boden 4 sind ferner mehrere Kopfschrauben 15 eingeschraubt, die
als Spannschrauben dienen. Diese Spannschrauben 15 drücken gegen eine an ihrem Umfang
kurze, in die Verteilernnnen 2 eingreifende radiale Vorsprünge 16 besitzende Spannscheibel7
mit einer zentralen Entlüftungsöffnung 18.
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Unmittelbar gegenüber dem Füllkopf 3 ist in die Schleudertrommel
1 eine kreisförmige, den Querschnitt der Schleudertrommel 1 mit Ausnahme der Verteilerrinnen
2 ausfüllende Widerlagerscheibe 19 eingesetzt, die z. B. durch herausnehmbare radial
gerichtete Stifte 20 oder Schrauben in ihrer Lage gehalten ist. Nach dem Entfernen
der Stifte 20 oder Herausdrehen der Schrauben kann die Widerlagerscheibe 19 zwecks
Reinigung des Trommelinneren leicht entfernt werden. Die zum Füllkopf 3 gewendete
ebene Seite der Widerlagerscheibel9 begrenzt zusammen mit der Innenseite des Füllkopfes
3 den Einfüll- und Schleuderraum 21.
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Zur teilweisen Umhüllung von Ringen, z. B. Metallschleifringen22,
deren Außendurchmesser gleich dem Innendurchmesser der Schleudertrommel 1 ist, mit
elektrisch isolierendem Kunststoff dienen Formen (mehrteilige), die nach dem Abnehmen
des Bodens 4 oder des Füllkopfes 3 in die Schleudertrommel 1 einzubringen sind.
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Den Endabschluß der Formen bilden zwei Stirnplatten23, deren eine
zu Beginn des z. B. von der Füllkopfseite her erfolgenden Einsetzens der Formen
nach dem Abnehmen des Füllkopfes 3 und dem Herausnehmen der Widerlagerscheibe 9
gegen die Spannscheibe 17 gelegt wird. Diese Stirnplatte23 weist an ihrem Umfang
einen vorspringenden Rand 24 auf, dessen innerer Umfang entsprechend der gewünschten
Gestalt der herzustellenden Kunststoffumhüllung 25 geformt ist. In diesem Rand 24
sind Schlitze 26 eingearbeitet, die den Durchtritt der Gießmasse von den Verteilerrinnen
her vermitteln. Gegen den Rand 24 wird sodann der erste zu umhüllende Schleifring
22 gelegt, auf den ein Zwischenring27 folgt, dessen
innerer Durchmesser gleich dem
Innendurchmesser des fertig umhüllten Schleifringes 22 ist. Der Zwischenring 27
hat an seinen beiden Seiten am Umfang je einen dem Rand 24 gleichenden vorspringenden
Rand 28 mit Schlitzen29. Abwechselnd werden nun Schleifringe 22 und Zwischenringe
27 eingelegt, bis die Schleudertrommel 1 voll besetzt ist. Hierauf wird ein Rohr
30 mit beliebiger Wandstärke und einem Außendurchmesser, der gleich dem Innendurchmesser
der Zwischenringe 27 ist, das im Abstand der Mitten der Schleifringe 22 mehrere
Entlüftungsbohrungen 31 aufweist, in die Schleudertrommel 1 eingeführt. Zum Schluß
werden die zweite Stirnplatte 23 und die Widerlagerscheibe 19 eingesetzt, und letztere
werden durch die Stifte 20 oder Schrauben in ihrer Lage gesichert. Nun wird mittels
der Spannschrauben 15 das gesamte Formenpaket gegen die Widerlagerscheibe 19 festgespannt.
Nachdem auch der Füllkopf 3 aufgesetzt und die Schleudervorrichtung mittels des
Zapfens 10 am Boden 4 in eine Drehvorrichtung eingesetzt wurde, ist sie bereit zum
Guß.
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Die Zuführung der Gießmasse kann beliebig, zweckmäßigerweise jedoch
durch eine Zuführungsleitung 32 erfolgen, die in einem den Umdrehungen der Schleudervorrichtung
folgenden und das feste Anliegen des Füllkopfes 3 an der Schleudertrommel 1 unterstützenden
Druckkegel 33 axial angeordnet ist.
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Sobald die Schleudervorrichtung die für die Durchführung des Gusses
erforderliche Drehgeschwindigkeit besitzt, wird durch die Zuführungsleitung 32 die
Gießmasse in den Schleuderraum 21 eingebracht und gelangt durch die Fliehkraft in
die sich zum Umfang hin verengenden Nuten 9 und erfährt hier bereits eine Vorverdichtung,
wobei eingeschlossene Luftblasen entweichen. Aus den Nuten 9 gelangt die Gießmasse
in die Verteilerrinnen 2 und steigt, solange in den Schleuderraum 21 Gießmasse nachgefüllt
wird, dem Prinzip der kommunizierenden Röhren folgend durch die Schlitze26 in die
Formen.
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Die in den Formen enthaltende Luft wird dabei durch die Entlüftungslöcher
31 ausgeschoben, gelangt durch die zentralen Löcher 34 und 18 hinter die Spannscheibel7
und wird von dort aus durch die ventilatorähnlich wirkenden Entlüftungslöcher 11
ins Freie gesaugt.
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Zur Herstellung eines Ringes mit Innenverzahnung als Beispiel für
einen Rotationskörper mit nicht kreisförmigem und nicht glattem innerem Umfang setzt
sich die Form aus folgenden Teilen zusammen: Zur Bestimmung des Außendurchmessers
des Gußteiles dienen Ringe 35 mit einem entsprechenden Innendurchmesser. Der Außendurchmesser
der Ringe 35 ist gleich dem Innendurchmesser der Schleudertrommel 1. Die Ringe 35
besitzen radiale, mit den Verteilerrinnen 2 korrespondierende Schlitze 36, durch
die die Gießmasse aus den Verteilerrinnen 2 in die Formen eintritt. Die innere gezahnte
Begrenzung der Gießformen wird durch Ringe 37 mit einer negativen Abformung38 der
herzustellenden Innenverzahnung auf dem Außenumfang gebildet. Auch diese Ringe 37
weisen Entlüftungslöcher 31 auf. Die einzelnen Formen sind durch Ringscheiben 39
voneinander geschieden. Das Einsetzen und Zusammenspannen der Formen sowie die Durchführung
des Gusses geschieht in der gleichen Weise, wie oben beschrieben. Dabei kann in
beiden Fällen die Achse der Schleudertrommel 1 waagerecht oder senkrecht gerichtet
sein.
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Zur Herstellung eines vollscheiben- oder tellerförmigen Körpers 40
ist die Schleudertrommel 1 vorzugsweise mit senkrechter Achse zu betreiben. Die
Gießform für einen solchen Rotationskörper besteht beispielsweise aus einer Scheibe
41, deren eine Seite als Negativ der Außenform des Gußkörpers40 ausgebildet ist
und die einen axial vorspringenden Rand 42 mit Radialschlitzen 43 aufweist. Außerdem
hat die Scheibe 41 ein zentral gelegenes Entlüftungsloch 44. Die innere Gestalt
des Gußstückes 40 wird durch eine entsprechend geformte Scheibe 45 bestimmt, die
gegen den Rand 42 gesetzt ist und die Form abschließt.