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Verfahren zum Herstellen von zumindest stellenweise verfestigten Formkörpern
aus thermoplastischem Kunststoff Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von zumindest stellenweise verfestigten Forrlltörpern aus thermoplastischen Kunststoff
im Formpreßverfahren aus einem aus dem Kunststoff gebildeten Rohling.
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Es ist bekannt, thermoplastische Kunststoffe mittels des Extruder-,
Spritz-oder Blasverfahrens zu verarbeiten. Eine Vorbedingung hierbei ist, daß die
Kunststoffmasse durch äußere Wärmezufuhr auf die Verarbeitungstemperatur gebracht
wird. Diese liegt beim Extruderverfahren nahe der Fliesstemperatur, beim Spritzen
und beim Blasen wei-t über der Fließtemperatur. Außerdem muß die Form beim Spritzen
auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden, um vorzeitiges Erstar-ren der Spritzmasse
zu verhüten.
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Diese hohen Arbeitstempexaturen können eine Schrumpfung der erzeugten
Formkörper oder ein Verziehen zur Folge haben, ja sogar bei größeren Wandstärken
eine Lunkerbildung, der durch Anwendung dos sogenannten Nachdruckes nur unvollkommen
entgegengewirkt werden kann.
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Es ist ferner bekannt, Formlkörper aus thermoplastischem Kunststolf
im Formpreßverfahren aus einem aus dem Kunststoff gebildeten lvo'n-ling herzustellen,
indem der Raumtemperatur-oder auch eine höhere Tempera-tur aufweisende Rohling in
einem einzigen Preßvorjang in die Endform überführt wird. Zwar werden dabei die
vorstehend erläuterten Nachteile der anderen bekannten Yerfahren vexlieden, jedoch
stellt auch diese Blethode in vielen Anwerdungsfällen nicht zufrieden, da die damit
erhaltenen Formkörper überall im wesentlichen die gleichen mechanischen Bigenschaften
auf'weisen, was jedoch oftmals im Hinblick auf unterschiedliche
Beanspruchungen
@gar@nicht erwünscht ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen,
bei dem zum einen die aus den hohen Arbeitstemperaturen der gebräuchlichen Verfahren
hervorgehenden fertigungstechnischen und qualitativen Rachteile vermieden sind.
Zum anderen ist es ein Ziel der Erfindung, Formkörper aus thermoplastischem Kunststoff
herstellen zu können, an welchen Zonen unterschiedlicher Festigkeit und Dehnung
je nach der örtlichen Beanspruchung im Gebrauch ausgebildet sind, wie es beispielsweise
für Patronen-, insbesondere Schrotpatrcnenhülsen erforderlich ist, die je nach der
Art der örtlichen Beanspruchung insbesondere beim Schuß teils hohe Dehnung, teils
hohe Festigkeit aufweiseil sollen.
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Diese Aufgabe wird erfindun gemäß dadurch gelöst, daß zumindest die
zu verformenden Bereiche des Rohlings durch Erwärmung in den thermoelastischen Zustand
überführt werden und daß dem Rohling vor dem Verpressen zum Formkörper eine Vorform
gegeben wird, welche durch den Zwang zu unterschiedlichem Haterialfluß beim Verpressen
zun Formkörper in bestir : mten Zonen die Ausbildung einer höheren Festigkeit fördert
oder hemmt, worauf er unter Druck zu dem Formkörpcr verpreßt wird. Es gelingt auf
diese Weise bei niedriger Arbeitstemperatur, unterhalb des kristallinen Schmelzpunktes
Formkörper herzustellen, die sich den bisher mit der klassischen Verfahren hergestellten
gegenüber dadurch vorteilhaft unterscheiden, daß sie frei von Schwundstellen und
Temperaturschaden, insbesondere unerwünschten Gefügeunterschieden sind und nach
der Formgebung auch nicht mehr schrumpfen oder sich verziehen.
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Mit der Erfindung gelingt aber noch die Errreichung eines weiteren
Zeiles, indem die an sich bekannte Eigenschaft der linearpolymeren Kunststoffe,
daß sie durch Reckung bei gleichzeitigem Rückgang der Dehnung verfestigt werden
können, in neuartiger
Weise nutzbar gemacht wird, während bisher
hauptsächlich Vormaterial, wie Folien, Rohre, Stränge, Fäden durch Reckung in ihren
festigkeitscässigen Endzustand gebracht und dann wreitcr verarbeitet wurden, und
z. B. auch von solchen in größeren Längen gereckten Rohren HUlsen finir Schrotpetronen
als Ersatz der bisher Ublichen Fapphülsen abgeschnitten wurden, macht die Erfindung
die mit der Rcckung verbundene Festigkeits : anderung zu der Zweck nutzbar, an der
Endforn des Preßerzeugnisses Zonen vorbestisater Festigkeit und Dehnung durch entsprechende
Führung des Preßvorganges und Ausbildung des Preßwerkzeuges hervorzurufen, wozu
dem Rohling auf geeignete Weise, z. B. durch Formpressen, selbst eine Vorform gegeben
wird, die nun ihrerseits das Fliessen des Werkstoffes in der für die Ausbildung
unterschiedlicher Festißkeitszonen gewünschten Weise fördert.
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Zur Unterstützung dieses Vorganges kann erfindungsgemäß Wärme an den
entsprechenden Stellen des Werkzeuges zugeführt werden.
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Wdlirei, mit den Verfahren gemäß der Erfindung Formkörper beliebiger
Art, z. B. Maschinenelemente, wie Zahnräder mit verbesserten laufeit chaften an
hocll beanspruchten Stellen hergesteT ! i werden können, bietet die Erfindung vorteilhafte
Möglichkeiten fUr die Herstellung von Patronenhülsen, insbesondere Schrotpatronenhülsen.
Überwiegend werden Patronenhülsen aus Kotall im Wege des Tiefziehens hergestellt
oder neuerdings für Sonderzwocke aus Kunststoff jespritzt, so z. B. fiir titis auch
finir Schreipatroner. Daneben werden Schrotpatronen aber iu'r : cr noch in großen
Unfang aus einem Messingbondstück und einer Papphülse hergestellt. Wie eingangs
erwähnt, ist neuerdings eine Schrotpatrone bekanntgeworden, bei der anstelle der
Papphülse eine HUlce aus thermoplastischem Kunststoff verwendet wird, die von einen
durch Reckung in axialer und radialer Richtung verfestigten Kunststoffrohr hergestellt
ist.
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Bei den gespritzten Kunststuffpatronenhülsen aüssen die oben beschriebenen,
durch das Herstellungsverfahren bedingten Nachteile in Kauf genommen werden. Schrotpatronenhülsen
mit Metallbodenstück und gereckter Kunststoffhülse haben zwar insofern
verbesserte
Eigenschaften gegenüber der gespritzten Ausführung, als der Hülse eine vorbestimmte
Festigkeit und Dehnung gegeben werden kann. Diese sind aber über die ganze Hülse
überall gleich und dadurch bedingt, daß eine für den Fcrtigungsgang passende Rohrlänge
im ganzen gereckt und die Hülsen dann abgeschnitten werden. Nach diesen Verfahren
kann somit eine mit dem Bodenstück einteilige Hiilse nicht hergestellt werden. Ein
weiterer Kachteil liegt auch darin, daß die Hülce am Hülsenmund anders beansprucht
wird wie im Bereich des Pulverraumes und daher gleiche Festigkeits-eigenschaften
an allen Stellen der Hülse gar nicht erwünscht sind.
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Im Gegensatz hierzu gelingt es mit der Erfindung, mit dem Dodenstück
einteilige Patronenhülsen herzustellen, die nicht nur dank der niedrigen Arbeitstemperatur
von Gefügeschäden frei sind und nicht der Schrumpfung und dem Verzug unterliegen,
sondern die ausserdem an deu betreffenden Zonen, wie insbesondere Hülsenmund, Hülsenrand,
Pulverraum durch örtlich unterschiedliche Reckung die jeweils erwünschten Festigkeitseigenschaften
aufweisen ; sie sind damit den gespritzten wie auch den zusamgenetzten Patroner.
hülsen mit gereckter Hülse sowohl hinsichtlich vorteilhafter Herstellungsbedingungen
wie Gebrauchseigenschaften erheblich überlogen.
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Hit dem Verfahren gemäß der Erfindung können auch Stirnzahnrider aus
thermoplastischen Kunststoffen mit neuen vorteilhaften Eigenschaften hergestellt
werden, indem auf einen scheibenförmigen Rohling, dessen Durchmesser dem Grundkreisdurchmesser
der Verzahnung entspricht, axialer und radiale Preßdruck, vorzugsweise unter Anformung
einer Radnabe ausgeübt Radnabe ausgeübt der Merkstoff zum Einfließen unter Reckung
und Verfestigung in der Zahnflankenzone in die negativformung der Verzahnung gebracht
wird. Kan erhält auf diese Weise Zahnräder mit verfestigten Zahnflanken und zähem
Kern.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Fertiingsbeispielen, aus der Zeichnung und den. >nsprUchen.
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Es : Fig. 1a-1d in vereinfachter Darstellung den Ablauf des Fonmressens
einer Schrotpatronenhülse, Fig. 2a-2c in seitlicher Schnittansicht den Rohling,
die Vorform und die Endform einer Schrotpatronenhtilse, Fig. 3a-3e das Kaltfließpressen
eines Stirnzahnrades.
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Das in den Fig. la bis 1d dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt in
vereinfachter Darstellung des Preßwerkzeuges und des Presslings selbst die Herstellung
einer Schrotpatronenhülse. Vom Preßwerkzeug sind der Stempel a, die Preßform b und
der Gegenhalter c gezeichnet. In die Form wird ein Rohling 10 eingelegt, der auf
bekannte Weise hergestellt ist, z. B. im Spritzgußverfahren oder als Ronde von einem
RohrstUck dder Strang abgestochen.
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Das XJerkzeug befindet sich auf einer für die Verarbeitung durch Formpressen
günstigen Temperatur, z. B. bei Polyäthylen unter dem kristallinen Schmelzpunkt,
der bei Niederdruck-Polyäthylen bei etwa 125°C liegt. Fig. 1a zeigt die geschlossene
Form vor Einleitung des Preßdruckes. Fig. 1b und 1c veranschaulichen den Ablauf
des Fließvorganges ; der Werkstoff steigt in dem Formspalt nach oben und kann dort
frei austreten (10a), bis der Stenpel a die gewünschte Tiefe erreicht hat. Gleichzeitig
flicßt der Werkstoff nach der Seite, wobei sich der Rodenrand 10 b forrat. Fig.
1d zeigt das Auswerfen der fertigen Hülse.
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Das in Fig. 2a bis 2c veranschaulichte AusfUhrungsbeispiel zeigt die
Pertiglzpg einer Schrotpatronenhülse 20b aus einem Rohling 20 über eine Vorform
20a. Die Vorform 20a wird zu dem Zweck hergestellt,
zu erreichen,
daß bei der fersi ; en Hülse die Bodenzone 20b1 und die Pulverraum@one 2Ob2 gegenüber
der Hülsenmundzone 20b3 erhöhte Festigkeit bei geringer Dehnung aufweisen, während
die @undzone 20b3 selbst geringe Festigkeit, dafür aber höhere Dehnung erhalten
soll. Die Vorform, die bereits etwa den Aussendurchmesser der fertigen Patronenhälse
hat, ähnelt dem entsnrechenden Teil 20b, 2Ub2 der fertigen Hülse, jedoch nit dem
Unterschied, daß das Ganze überhöht ist, insbesondere also die Bodenzone wesentlich
dicker als bei der Fertigform ist, somit der Boden und die Su--lverraumzone bei
gleichzeitiger Verkürzung des Ganzen (in Richtung der Längsachse der Patronenhülse)
eine Verfestigung beim Fertigpressen erfährt. Dabei fließt der Werkstoff unter Ausbildung
der Hülsenmundzone 20b3 von der Boden-Pulverraumzone 20b1 bzw. 20b2 nach vorn. An
der Vorfora 20a ist weiterhin schon bei 2Ga der vorbereitete Sitz 20b4 (Fig. 2c)
für das Zündhütchen zu erkennen. Auch an dieser Stelle kann im Sinne der Erfindung
der Preßvorgang bei der Verformung und der Fertigpressung so gelenkt werden, daß
die zur elastischen Festhalten des Zündhütchens erforderlichen Festigkeits- und
Dehnungswerte erhaltm werden.
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Fig. 3a bis 3e zeigen die Fertigung eines Stirnzahnrades in einen
Preßwerkzeug, das aus dem Oberstempel a, der Preßform b1, b2, b3, dem Unterstempel
c und der SchlieGhülse d besteht. Der Teil b2 der Preßform hat die Gestalt eines
innen verzahnten Ringes, d. h. weist die Negativform der herzustellenden Stirnverzahnung
auf.
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Der Oberstempel a und der Unterstempel c sind an ihren Stirnflächen
mit einer zur Stempelachse gleichmittig umlaufenden Rippe a1 bzw. c mit schräg abfallenden
Flanken versehen, zum Zweck, den Werkstoff nach der Seite zu verdrängen und gleichzeitig
die Radnabe an den Radkörper anzuformen.
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Das Pressen geht in der Ieise vor sich, daß die Form b1, b2, b3 durch
Absenken des Oberstempels a bis auf die Hohe der Oberkante des verzahnten Ringes
b2 geschlossen und dann auf den noch in Tiefstellung stehenden Unterstempel c der
Rohling 30 gelegt zird ; er findet seitlichen Halt an der vorgeschobenen Schließhülse
d.
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In eiteren wird (Fig. 3b) bei noch stillstehendem Oberstempel a die
Schließhälse d bis zum Aufsitzen auf der unteren Stirnseite des Formringes b2 hochgefahren.
Die Vorderstirn der Schließhülse d deckt den innen verwahnten Teil des Ringes b-ab.
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(Fig. 3c) der Unterstempel @ damit aufliegendem Rohling 30 hochgefahren
und, sobald er mit seine Stirn auf der houe der Unterkante des Verzahnungsringes
b2 angekommen ist, durch gleichzeitiges Vorschieben von Oberstempel a und Unterstempel
c (Fig. 3d) der Rohling 30 zu einem Stirnzahnrad 30a verpreßt. Der Werkstoff fließt
dabei in radialer F, ichtung und erfährt beim Eindringen in die Zahnlücken des innen
versahnten Formringcs b ? eine Rekkung in der Fort, dans die Zahnflanken erhöhte
Festigkeit bei ver-Minderter Dehnung aufweisen. Zum Auslösen, des Preßlings 30 a
(Fig 3e) zird der Oberstempel a weiter abgesenkt, während der Unterstempcl c saat
der Schlic3hülse d nach unten gefahren wird, so daß der aufliegende Preßling 30a
seitlich abgenommen werden kans. Zwischen der Schließhülse d und der Innenfläche
b3 des Formringes b, ist ein Spalt freigelassen, durch den überschüssiges Material
austreten kann. Auch bei diesem Fressvorgang wird eine Temperatur eingehaltcn, bei
der eine Verfestigung durch Reckung erreicht werden kans, z. 13. bei Niederdruck-Polyäthylen
eine Temperatur dicht unterhalb des kristallinen Schmelzpunktes, der bei ca. 125°C
liegt.