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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Faltenbälgen aus pulverförmigen,
sinterfähigen Kunststoffen Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Herstellen
von Faltenbälgen und ähnlichen Hohlkörpern mit welligem Längsschnitt aus pulverförmigen,
sinterfähigen Kunststoffen, insbesondere aus Polytetrafluoräthylen, sowie auf Vorrichtungen
zur Durchführung des Verfahrens.
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Die Herstellung solcher Faltenbälge als Formartikel bereitet wegen
der verhältnismäßig geringen Dehnbarkeit der hierfür verwendeten Werkstoffe so erhebliche
Schwierigkeiten, daß die Anwendung der beispielsweise für Kautschukartikel bekannten
spanlosen Fertigungsverfahren bisher nur unter ganz bestimmten Voraussetzungen und
auch nur für Faltenbälge der untersten Größenklassen möglich war. Im allgemeinen
werden die Faltenbälge aus massiven Preßrohlingen durch spangebende Bearbeitung,
beispielsweise auf Drehbänken, hergestellt. Der Zerspanungsvorgang ist jedoch zeitraubend
und unwirtschaftlich; denn da die Rohlinge stellenweise auf eine Wandstärke bis
herab zu Bruchteilen von Millimetern abgedreht werden müssen, entsteht ein außerordentlich
hoher Abfallanteil - im Durchschnitt zwischen 300 bis 5004/o.
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Es ist bekannt, für die Herstellung dünner Scheiben, Membranen und
ähnlicher flächiger Gebilde aus Polytetrafluoräthylen das pulverförmige Rohmaterial
unter Zwischenfügung einer oder mehrerer elastisch nachgiebiger Polsterscheiben
aus Kautschuk dem Formungsdruck des Preßstempels auszusetzen. Solche Polsterscheiben
dienen jedoch ausschließlich zur Vergleichmäßigung des Formungsdruckes, und da sie
sich notwendig über den gesamten Querschnitt der Formlinge erstrecken müssen, können
sie auch in mehrfacher Obereinanderschichtung nicht zur Formgebung zusammenhängender
Hohlkörper führen.
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Nach der Erfindung ist bei Verfahren der eingangs geschilderten Art
vorgesehen, daß der pulverförmige Kunststoff im Bereich der zu erzeugenden Falten
oder Wellen getrennt geschichtet und anschließend in an sich bekannter Weise gepreßt
und dann gesintert wird. Es können auf diese Weise Faltenbälge aller Art und beliebiger
Größenklassen schnell und wirtschaftlich hergestellt werden, wobei weder aus der
geforderten Querschnittsform noch aus den Abmessungen irgendwelche Beschränkungen
erwachsen.
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Da jede mechanische Bearbeitung entfällt, entsteht keinerlei Abfall,
und auch die Erzeugung von Ausschußstücken ist praktisch ausgeschlossen.
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Für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird zweckmäßig
von einer Außenform mit einem inneren Formkern und eingelegten Formscheiben aus
einem chemisch, thermisch oder me-
chanisch zerstörbaren Werkstoff ausgegangen. Gemäß
einem wesentlichen Teilmerkmal der Erfindung wird hierfür die Anordnung so getroffen,
daß die Formscheiben entsprechend den abzuformenden Wellungen des Faltenbalges in
wechselnder Aufeinanderfolge mit den die Außenwandungen oder die Innenwandungen
des Faltenbalges begrenzenden Formteilen in Berührung stehen. Gegenüber den bekannten
Polsterscheiben haben die Formscheiben die Aufgabe, in ein- und demselben Formling
Freiräume abzuformen und während der nachfolgenden Wärmebehandlung ein Zusammensintern
der gegeneinander abgetrennten Querschnittsteile zu verhindern. Dieser Aufgabe werden
am besten Formscheiben aus leicht zerstörbaren Werkstoffen mit möglichst niedriger
Elastizität gerecht.
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Die Formscheiben können sowohl aus wärmebeständigen Werkstoffen,
beispielsweise dünnem Leichtmetallblech oder anderen Metallfolien, als auch aus
Werkstoffen, die während der Wärmebehandlung zerstört werden, bestehen. Im ersteren
Fall müssen sie nachträglich von dem fertig gesinterten Faltenbalg entfernt werden,
was beispielsweise durch einfaches Abreißen, durch Auflösen in einer den Kunststoff
nicht angreifenden Säure oder auf ähnliche Weise erfolgen kann. Als nicht wärmebeständiger
Werkstoff hat sich Papier oder Pappe als vorteilhaft erwiesen.
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Das Papier verkohlt schon vor Erreichen der Sintertemperatur, die
in der Größenordnung von 330 bis 3700 C liegen kann. Die zwischen den Falten verbleibende
Asche geht mit dem Kunststoff keine Bindung ein und kann nach Abschluß des Sintervorganges
leicht durch Ausblasen mit Druckluft entfernt werden.
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Es könnten aber auch andere schmelzende Metalllegierungen, Wachs
oder andere Stoffe für die Herstellung der Formscheiben verwendet werden, wenn
sie
nur die Bedingung erfüllen, während der Wärmebehandlung keine unerwünschten Bindungen
mit dem gesinterten Kunststoff einzugehen.
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Die jeweils nur einmal verwendeten Formscheiben werden vorteilhaft
aus Platten oder Folien gleichmäßiger Stärke ausgestanzt und weisen daher normalerweise
flach-rechteckigen Querschnitt auf. Die normale Gestalt der damit hergestellten
Faltenbälge ist dementsprechend die Form eines nahezu geschlossenen Hohlzylinders,
in der die einzelnen Falten nur um jeweils die Dicke der verwendeten Formscheiben
auseinanderstehen. Für manche Anwendungszwecke ist jedoch die gespreizte Form der
Faltenbälge als Normalzustand erwünscht. Für solche Fälle können die Formscheiben
von vornherein mit der erwünschten Form der Zwischenräume zwischen den Falten entsprechender
Querschnittsform ausgeführt werden. Die gleiche Wirkung kann aber auch bei Verwendung
flach-rechteckiger Formscheiben durch eine Nachbehandlung der fertig gesinterten
Faltenbälge erreicht werden, derart, daß die Faltenbälge im abgekühlten Zustand
gespreizt, kurzzeitig auf eine Temperatur in der Größenordnung der Sintertemperatur
erwärmt und dann wieder abgekühlt werden. Durch eine solche Nachbehandlung wird
der gespreizte Zustand der Faltenbälge als Normalzustand fixiert.
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Ein besonderer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung ist darin
zu sehen, daß die Sinterung außerhalb der Preßform erfolgen kann. Die Formen stehen
dadurch während des Sinterungs-Prozesses schon wieder zur Herstellung der nächsten
Serie zur Verfügung, so daß zur wirtschaftlichen Fertigung selbst größerer Stückzahlen
nur verhältnismäßig wenige Preßformen erforderlich sind.
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In der Zeichnung ist die Herstellung eines Faltenbalges nach dem
Verfahren gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen Fig. 1 bis 3 die
hauptsächlichsten Verfahrensschritte, Fig.4 eine bevorzugte Ausführungsform einer
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in perspektivischer Ansicht und F i
g. 5 den fertigen Faltenbalg im Schnitt.
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Zur Herstellung eines Faltenbalges gemäß Fig. 5 wird eine zylindrische
Außenform 1 mit einem auswechselbaren inneren Formkern 2 verwendet, wobei unter
Berücksichtigung des Schrumpfmaßes der Innendurchmesser der Außenform dem Außendurchmesser
D des fertigen Faltenbalges und der Durchmesser des Formkernes dem Innendurchmesser
d des Faltenbalges entspricht. Der so gebildete Ringraum 3 der aufrecht stehenden
Preßform ist nach oben hin offen und nur nach unten abgeschlossen. In dem Formboden
4 sind Bohrungen 5 zur Einführung von Auswerfern vorgesehen.
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Zum Abformen eines Faltenbalges wird zunächst eine flache Ringscheibe
6 mit dem Außendurchmesser D und dem Innendurchmesser d in die Preßform eingelegt.
Diese Ringscheibe deckt die Auswerferbohrungen 5 ab und dient als Anschlagfläche
für die Auswerfer. Sie ist daher aus einem starren, vorzugsweise metallischen Werkstoff
hergestellt. Auf die Ringscheibe 6 wird eine lose Schicht des pulverförmigen Kunststoffes
aufgeschüttet und diese durch eine ringförmige Formscheibe 8 abgedeckt. Der Außendurchmesser
der Formscheibe ist gleich D, der Innendurchmesser dagegen um etwa das Doppelte
der
Wandstärke der vorgesehenen Falten 9 größer als d bemessen, so daß die Scheibe 8
zwar mit der Außenkante über den ganzen Umfang an der Innenmantelfläche der Außenform
1 anliegt, mit ihrer Innenkante jedoch den Formkern 2 nicht berührt.
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Eine zweite Schicht Kunststoffpulver wird auf die Formscheibe 8 aufgebracht
und durch eine andere ringförmige FormscheibelO abgedeckt. Die Formscheibe 10 ist
im Innendurchmesser gleich d, im Außendurchmesser aber um etwa das Doppelte der
Faltenwandstärke kleiner als der Innendurchmesser der Außenform 1 bemessen und liegt
daher anders als die Formscheibe 8 mit dem gesamten Innenumfang an dem Formkern
2 an, während sie mit der Außenform nicht in Berührung steht.
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Diese Vorgänge - nämlich Aufschütten einer Pulverschicht, Einlegen
einer Formscheibe 8, Aufschütten einer Pulverschicht und Auflegen einer Formscheibe
10 - wiederholen sich in wechselnder Aufeinanderfolge, bis die gewünschte Anzahl
Falten erreicht ist. Die Wand stärke der fertigen Falten9 hängt von dem Gewicht
bzw. der Menge des eingeschütteten Kunststoffpulvers ab. Das Pulvergewicht läßt
sich für jede Falte vorher berechnen und mittels einer Dosiervorrichtung - in F
i g. 1 durch ein Meßgefäß 11 angedeutet - für alle Schichten konstanthalten. Nur
für die erste und die letzte Pulverschicht, die an dem fertigen Faltenbalg den Anschlußflanschen
7 entsprechen, werden größere Füllmengen benötigt.
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Der auf die beschriebene Weise gebildete Schichtkörper wird durch
einen von oben in die Preßform einfahrenden Preßstempel 12 zu einem festen Rohling
verdichtet und nach Zurückziehen des Preßstempels durch von unten in die Preßform
eingeführte Auswerfer 13 ausgeworfen. An Stelle der gemäß F i g. 3 als Stifte ausgebildeten
mechanischen Auswerfer 13 könnte der Rohling auch pneumatisch durch stoßartige Beaufschlagung
der Ringscheibe 6 mit Druckluft aus der Form ausgeschoben werden.
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In kinematischer Umkehrung der dargestellten Vorrichtung wäre es darüber
hinaus noch denkbar, die Außenform 1 leicht lösbar von dem Formboden 4 zu gestalten
und nach Beendigung des Preßvorganges von dem feststehenden Formboden abzuheben,
wobei der Rohling an dem als Auswerfer wirkenden Preßstempel 12 anliegt.
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Der Rohling wird anschließend in an sich bekannter Weise frei gesintert.
Nach dem Erkalten werden die Formscheiben 8, 10 abgerissen oder weggeätzt oder auf
andere geeignete Weise entfernt.
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Diese Nacharbeit kann entfallen, wenn als Formscheiben beispielsweise
Papierscheiben verwendet werden, die während des Sinterungsvorganges verkohlen und
nur Ascherückstände zwischen den Falten belassen. Die Rückstände können dann einfach
abgespült oder mit Druckluft ausgeblasen werden.
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Bei der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung
ist die auf den Tisch 15 einer Presse aufgespannte Außenform mit einem beweglichen
Formboden 4 versehen. Der Formboden liegt auf einem in der Presse axial beweglichen
Unterkolben 14 auf und kann innerhalb der Außenform über deren ganze Höhe verfahren
und stufenlos in beliebigen Hubstellungen angehalten werden. Durch diese Einrichtung
entfällt die Notwendigkeit zu einem vorherigen genauen Abmessen des einzufüllenden
Kunststoffpulvers.
Zu Beginn des Formungsvorganges wird der Formboden 4 in die gezeichnete obere Stellung
gefahren und die Form bis zu einer bestimmte Bezugskante, zweckmäßig dem oberen
Formrand, mit Kunststoffpulver angefüllt. Durch Abstreifen des über der Ebene der
Bezugskante aufgeschütteten Kunststoffpulvers mittels eines Abstreifbleches 16 wird
dann die Füllmenge auf das vorgeschriebene Maß reduziert. Anschließend wird eine
Formscheibe aufgelegt, der Formboden 4 um eine bestimmte Hubstrecke abgesenkt und
die nächste Pulverschicht in gleicher Weise eingebracht. Die gleichen Vorgänge wiederholen
sich, bis die gewünschte Anzahl Falten aufgebaut ist, worauf der Rohling durch Niederfahren
des Preßstempels 12 verdichtet und anschließend durch Hochfahren des Unterkolbens
14 aus der Form ausgehoben wird. Da sich die Absenkbewegung des den Formboden tragenden
Unterkolbens 14 mit bekannten Mitteln sehr feinfühlig regeln läßt, ist eine gleichmäßige
Wandstärke der Falten mit dieser Vorrichtung ohne Schwierigkeit zu erreichen.
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Das Verfahren ist nicht auf die Herstellung im Querschnitt kreisförmiger
Faltenbälge nach dem Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern ist ebenso gut auch
für andere Querschnittsformen, beispielsweise ovale oder Mehrkant-Querschnitte anwendbar.