DE1208064B - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von hohlen Gegenstaenden aus Polytetrafluoraethylen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B 29c

Deutsche KL: 39 a2-17/02

Nummer: 1208 064

Aktenzeichen: R 22559 X/39 a2

Anmeldetag: 24. Januar 1958

Auslegetag: 30. Dezember 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von hohlen Gegenständen aus Polytetrafluoräthylen.

Polytetrafluoräthylen wird in der Fachwelt zum Teil als thermoplastischer Kunststoff angesehen, obwohl auch die Ansicht geäußert wird, daß dies nicht zutrifft. Tatsächlich sind die Eigenschaften von Polytetrafluoräthylen derart, daß es eindeutig kein wärmehärtendes Harz ist. Wird es erwärmt, so nimmt es bei einer Temperatur von etwa 328 ⁰C einen gelartigen Zustand an.

Es ist bisher nicht gelungen, Polytetrafluoräthylen in der üblichen Weise plastisch zu verformen, wie es beim Herstellen von Metallgegenständen aus Metallpulver oder von keramischen Gegenständen üblich ist.

Es ist bereits bekannt, hohle Gegenstände aus Polytetrafluoräthylen im Strangpreßverfahren herzustellen. Die hergestellten Rohre können auch einer weiteren Behandlung, wie Schweißen oder Schneiden, unterworfen werden. Eine nachträgliche Verformung der Rohre ist jedoch nicht bekannt und auch nicht ohne weiteres möglich.

Es besteht aber ein großer Bedarf an in bestimmter Weise geformten hohlen Gegenständen aus Polytetrafluoräthylen, die nicht unmittelbar in einer Strangpresse erzeugt werden können. So werden beispielsweise rohrförmige Bälge aus Polytetrafluoräthylen verlangt, die als Ausdehnungsverbindung oder biegsame Kupplung zwischen Leitungen verwendet werden sollen. Diese Gegenstände wurden aus Polytetrafluoräthylen dadurch hergestellt, daß sie aus einem Rohr mit starker Wandung bzw. aus einem vollen Rohling herausgearbeitet wurden. Dies ist ein für die Massenherstellung ungeeignetes Verfahren.

Bei der Verarbeitung von thermoplastischen Kunst-Stoffen gibt es zahlreiche Vorschläge, um spezielle Hohlkörper herzustellen. Diese bekannten Verfahren lassen sich aber wegen der besonderen Eigenschaften von Polytetrafluoräthylen nicht ohne weiteres auf die Herstellung von Hohlkörpern aus diesem Kunststoff übertragen.

In einem Aufsatz von Graulich in der Zeitschrift »Kunststoffe«, 1950, Heft 8, S. 258 bis 261, wird insbesondere auf die Schwierigkeiten bei der Verarbeitung von Polytetrafluoräthylen hingewiesen und die recht komplizierte Verarbeitungstechnik betont. Hier ist allerdings auch schon ausgesprochen, daß Gegenstände aus Polytetrafluoräthylen durch Druckeinwirkung gedehnt werden können. Es wird gesagt, Polytetrafluoräthylen können durch Recken orientiert werden. Hierbei wurde zunächst an ein Strecken bei Raumtemperatur gedacht. Das Orien-Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von
hohlen Gegenständen aus Polytetrafluoräthylen

Anmelder:

Resistoflex Corporation,

Roseland, N. J. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Meissner und Dipl.-Ing. H. Tischer, Patentanwälte, München 2, Tal 71

Als Erfinder benannt:

William Elliott Titterton, Whippany, N. J.;

Frank Odd Kamp, Little Falls, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 30. Januar 1957 (637158)

tieren beruht auf der Tatsache, daß Polytetrafluoräthylen eine hohe Dehnung aufweist. Selbst dickere Platten oder Blöcke können bei hohem Druck um 300 bis 400% gedehnt werden. Diese Verformung zur Gewinnung dünnerer Folien od. dgl. ist jedoch begrenzt, weil sich Polytetrafluoräthylen zurückverformt, wenn die Streckkräfte aufhören. Die erhaltene Dehnung geht daher zum beträchtlichen Teil wieder verloren. Zum Herstellen von dünnen Folien wird daher in dem genannten Aufsatz auch das Abschlitzen von dicken Blöcken genannt.

Diese bekannte Verformung hat im übrigen noch einen weiteren Nachteil. Wenn ein in dieser Weise kaltverformter Gegenstand im Betrieb höheren Temperaturen unterworfen wird, wie dies bei Rohrleitungen vorkommt, so würde die Verformung erst recht wieder verlorengehen, d. h., die Falten eines Balgs würden verschwinden, so daß der Balg mehr oder weniger zu einem glatten Rohr wird.

Es wurde nun gefunden, daß hohle Gegenstände besonderer Form aus Polytetrafluoräthylen dadurch hergestellt werden können, daß eine Platte oder ein Rohrabschnitt aus gesintertem stranggepreßtem Polytetrafluoräthylen in eine Form eingelegt und der zu verformende Teil auf eine Temperatur dicht unter dem Gelpunkt des Polytetrafluoräthylens erwärmt wird, wonach der erwärmte Teil mittels eines Druckmediums in die Formhöhlungen eingeblasen und anschließend unter Aufrechterhaltung des Einblasdrucks schnell abgekühlt wird.

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Eine Besonderheit des Verfahrens gemäß der stopfen 40 mittels eines Zapfenschlüssels eingeschraubt

Erfindung liegt darin, daß der Einblasdruck verhält- wird, der in die Löcher 52 einsetzbar ist. Beim Ein-

nismäßig hoch ist und jedenfalls beträchtlich höher schrauben des Stopfens 40 in den Flansch 30 preßt

liegt als der Druck, der beim Blasen von Gegen- sich die kegelige Fläche 54 in das Rohrende 56 ein

ständen aus thermoplastischen Kunststoffen erfor- 5 und drückt dieses gegen die kegelige Fläche 58 des

derlich ist. Der Druck ist fast so hoch wie der Druck, zylindrischen Teils 20.

der ein Aufreißen des Rohrabschnitts od. dgl. her- Ist ein Ende des Rohres 46 in der Form festgelegt,

vorruft. kann der Bodenstopfen 50 entfernt und durch einen

Dementsprechend liegt ein Merkmal der Vorrich- anderen Stopfen 60 ersetzt werden (vgl. F i g. 3). Der

tung gemäß der Erfindung darin, daß die Enden io Stopfen 60 erfaßt das Rohrende 48 in gleicher Weise

der Form, die an sich bekannte Stopfen aufnehmen, wie der Stopfen 40. Aus der Zeichnung ist ersichtlich,

und auch die Stopfen selbst größer und schwerer daß der Stopfen 60 mit einem Kanal 62 versehen

ausgeführt sind als der Mittelteil der Form, so daß ist, um die Form von übermäßigem Druck zu ent-

die Enden der Form auf einer niedrigeren Tempe- lasten, der durch Feuchtigkeit der zugeführten Luft

ratur gehalten werden. 15 verursacht werden könnte. In ähnlicher Weise hat

In der Zeichnung ist die Erfindung in Verbindung der Stopfen 40 einen Kanal 64, der jedoch insofern

mit der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt vom Kanal 62 abweicht, als er am Anfang eine

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Form mit Versenkung zum Einsetzen eines Schlauches od. dgl.

einem eingelegten Rohr aus Polytetrafhioräthylen, hat, um mittels dieses Schlauches Luft oder ein

wobei ein Zwischenzustand im Gesamtverfahren 20 inertes Gas unter Druck in das Innere des Rohres 46

dargestellt ist, einzuführen. Hinzuweisen ist noch auf die massive

F i g. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 der Gestalt der Stopfen 40 und 60, die zur Begrenzung

F i g. 1, der Temperaturbedingungen an den Formenden

F i g. 3 einen Längsschnitt entsprechend F i g. 1, beiträgt.

wobei die Form sich im Endzustand befindet und 35 Mit der zusammengesetzten Form nach F i g. 3

das Rohr geformt worden ist, kann nunmehr das Formen des Rohres stattfinden.

F i g. 4 eine Ansicht des hergestellten Balgs. Dem mittleren Teil der Form wird Wärme zugeführt.

Eine typische zum Einblasen von Rohrlängen aus Als zufriedenstellend wurde gefunden, eine offene Polytetrafluoräthylen geeignete Form ist in Fig. 1, Flamme oder einen Brenner zu verwenden, jedoch 2 und 3 dargestellt. Die Formzone, die den mittleren 3° kann statt dessen ein Heizmantel benutzt werden. Teil der Gesamtform einnimmt, wird durch die Die Temperatur wird so weit erhöht, bis sich das Halbschalen 10 und 12 gebildet, die durch Längs- Äußere der Formzone auf etwa 315⁰C befindet, schneiden des mittleren Teils in seiner Mitte nach Dieser Wert liegt, grob gerechnet, 16 bis 20⁰C unterunten entstehen. Die Halbschalen sind gegeneinander halb des Gelpunktes des Polytetrafluoräthylens, wobei durch die Zentrierzapfen 14 festgelegt und mitein- 35 jedoch die Ansichten über den genauen Temperaturander durch Eingreifen in die zylindrischen Teile 20 wert, bei dem es ein Gel bildet, etwas auseinander- und 22 der Stirnteile 24 bzw. 26 verbunden, wie bei gehen. Nach einer kurzen Zeitspanne kann unter 16 und 18 ersichtlich ist. Die Halbschalen 10 und 12 Beibehaltung dieser Temperatur angenommen werden, haben Innenflächen mit einer schraubenlinig ver- daß sich der in der Formzone liegende Teil des laufenden Rille 28, was jedoch nur als Beispiel in 4° Rohres 46 auf einer Temperatur von nahezu 315°C der Zeichnung dargestellt ist. befindet.

Der zylindrische Teil 20 ist bei 31 durch Schweißen Sodann wird Luft oder ein inertes Gas durch den

od. dgl. mit einem Flansch 30 verbunden, der an Kanal 64 des Stopfens 40 eingeführt. Der Druck

seinem Umfang eine Anzahl von Bohrungen mit richtet sich nach der Wandstärke des Rohres 46. Es

Versenkungen 34 zur Aufnahme von Schrauben 36 45 wurde festgestellt, daß 1,76 bis 2,11 at benötigt

hat. Ferner ist der Flansch mit einer Mittelbohrung werden, um ein Rohr mit einer Wandstärke von

versehen, die ein Innengewinde 38 zum Einschrauben 0,56 mm zu verformen. Eine 1,5 mm starke Wand

des Stopfens 40 hat. erfordert etwa 7 at, während bei einer Wandstärke

Der zylindrische Teil 22 ist in gleicher Weise mit von 2,5 bis 3,3 mm etwa 14 at benötigt werden, einem Flansch 42 verbunden, der mit dem Flansch 30 5° Wie ermittelt wurde, kann die Luft oder das Gas übereinstimmt. Werden die Bohrungen mit den Ver- einigermaßen schnell, jedoch nicht plötzlich einsenkungen in den Flanschen aufeinander ausgerich- gelassen werden. Normalerweise ergibt sich eine hintet, so können die Stirnteile durch die Zugstangen 44 reichende Verzögerung durch die Zeit, die eine mittels der Schrauben 36 vereinigt werden. Die Bedienungsperson zum Öffnen des Ventils in der Flansche 30 und 42 haben eine massive Gestalt, um 55 Gasleitung benötigt. Das Rohrinnere soll innerhalb die Wärmeableitung und -abstrahlung zu erhöhen, etwa 15 bis 30 Sekunden den Formdruck erreichen, damit die Stopfen aus den bereits erwähnten Grün- Wird die Form in der beschriebenen Weise beheizt, den auf einer ausreichend niedrigen Temperatur so paßt sich der mittlere Teil des Rohres 46 der gehalten werden. Form an, wie in F i g. 3 dargestellt ist. Infolge der

Um die Form für den Betrieb zusammenzusetzen, 60 Beheizungsart haben die Teile des Rohres 46, die wird eine Rohrlänge 46 aus abgeschrecktem, gesin- mit den Rippen 66 in Berührung sind bzw. auf diesen tertem, im pastenförmigen Zustand stranggepreßtem Rippen liegen, eine höhere Temperatur als die Teile, Polytetrafluoräthylen in die Form eingesetzt, wobei die über den Nuten 28 liegen. Wenn daher das Rohrein Ende gegen den Bodenstopfen 50 angelegt wird, innere unter Druck gesetzt wird, so kommt das der vorher bereits in den Flansch 42 eingeschraubt 65 Material an den heißen Teilen zum Fließen, so daß wurde (vgl. Fig. 1). Der Stopfen50 verhindert eine das fertige Rohr eine unterschiedliche Wandstärke axiale Bewegung des Rohres 46, das eine verhältnis- hat. Wie in F i g. 3 angedeutet ist, haben die Ripmäßig starke Wandung haben kann, wenn der Kopf- pen 68 des fertigen Balgs noch fast die gleiche Stärke

wie die Endteile 48 und 56, während die Nuten und die Seitenwände 70 und 72 wesentlich dünner sind. Dies ergibt eine deutliche Erhöhung der Biegsamkeit. Durch Regelung der Beheizung kann aber gegebenenfalls auch eine gleichmäßigere Wandstärke erzeugt werden.

Die noch unter Druck stehende und geschlossene Form wird dann in ein Wasserbad eingetaucht. Zur Erleichterung dieses Vorgangs kann zum Verbinden des Stopfens 40 mit der Gasquelle ein Schlauch aus Polytetrafluoräthylen verwendet werden. Der Schlauch muß die von der Form auf ihn gelangende Hitze aushalten können. Nach dem Abschrecken wird die Luft- bzw. Gaszufuhr abgestellt und die Form vom Druck entlastet. Hiernach werden die Stopfen entfernt, die Form wird auseinandergenommen und das geformte Rohr bzw. der Balg entnommen. Das Fertigerzeugnis ist in F i g. 4 dargestellt.

Das beschriebene Verfahren kann zu einem Fertigerzeugnis führen, das Fehlerstellen aufweist, beispielsweise Stellen, wo sich das Material übereinandergefaltet hat oder sogar gerissen ist. Diese Fehler können dadurch überwunden werden, daß 10 bis 15% des endgültigen Formdrucks schon im Rohr 46 während der ganzen Aufheizungszeit der Form erzeugt werden. Wenn beispielsweise starkwandige Rohre verformt werden, die einen Druck von 14 at erfordern, wurde es als zufriedenstellend gefunden, im Rohr 46 einen Druck von etwa 1,4 bis 1,7 at zu halten, während seine Temperatur erhöht wird. Es ist anzunehmen, daß die Fehler in erster Linie durch die Ausdehnung der Luft entstehen, die zwischen den Wänden des Rohres 46 und der Form eingeschlossen ist, während die Form aufgeheizt wird. Das Bestehen eines kleinen Innendrucks wirkt der Bildung von Blasen in der Rohrwand entgegen, bevor der für das Formen des Balgs benötigte Druck ausgeübt wird.

Es wurde festgestellt, daß ein biegsamer Balg, der in der beschriebenen Weise hergestellt ist, eine sehr lange Lebensdauer und eine erhebliche Biegsamkeit aufweist und beibehält sowie Betriebstemperaturen bis zu etwa 260⁰C aushalten kann, ohne seine Gestalt zu verlieren.

Obwohl als Ausführungsbeispiel eine Form beschrieben wurde, mit der ein Balg von bestimmter Gestalt hergestellt wird, kann die Form selbstverständlich auch für anders gestaltete Bälge ausgebildet werden. Es können gegebenenfalls konzentrische Ringe für das Formen von Bälgen benutzt werden. Ferner ist es möglich, in der Luft- bzw. Gasleitung ein Entlastungsventil einzubauen, wobei dann der Entlüftungskanal 62 weggelassen und der Kanal 64 erweitert werden kann.

Ohne weiteres ist ersichtlich, daß zahlreiche Abänderungen in der Bauart der Form als auch hinsichtlich des beschriebenen Verfahrens getroffen werden können. Die Beschreibung dient nur zur beispielsweisen Erläuterung der Erfindung.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von hohlen Gegenständen aus Polytetrafluoräthylen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte oder ein Rohrabschnitt aus gesintertem stranggepreßtem Polytetrafluoräthylen in eine Form eingelegt und der zu verformende Teil auf eine Temperatur dicht unter dem Gelpunkt des Polytetrafluoräthylens erwärmt wird, wonach der erwärmte Teil mittels eines Druckmediums in die Formhöhlungen eingeblasen und anschließend unter Aufrechterhaltung des Einblasdrucks schnell abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein schnell abgeschreckter, gesinterter, durch Strangpressen erzeugter Rohrabschnitt aus Polytetrafluoräthylen in die Form eingelegt wird und die Formhöhlungen auf eine Formzone gegenüber einem Zwischenteil des Rohrabschnitts beschränkt sind, wobei die Enden des Rohres auf einer geringeren Temperatur gehalten werden, während der Zwischenteil aufgeheizt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenteil des Rohrabschnitts dadurch aufgeheizt wird, daß die Form von außen nur innerhalb dieser zwischenliegenden Formzone beheizt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zu verformende Rohrabschnitt auf etwa 315⁰C erwärmt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das schnelle Abkühlen des durch Blasen geformten Gegenstands durch Eintauchen der Form in ein Wasserbad erfolgt, wobei der geformte Gegenstand unter Druck verbleibt.

6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer etwa rohrförmigen Form und einem Paar in die Enden der Form einsetzbarer Stopfen, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Form, die die Stopfen aufnehmen, und auch die Stopfen selbst größer und schwerer ausgeführt sind als der Mittelteil der Form.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 890 865;
USA.-Patentschriften Nr. 2 248 898, 2 752 321;
Zeitschrift »Kunststoffe«, Heft 8/1950, S. 258 bis 261.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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