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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einseitig offener Behälter
aus thermoplastischem Kunststoff Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung einseitig offener Behälter aus thermoplastischem Kunststoff mit
einem an der Au#enseite ihres oberen Randes einstückig angeformten, in sich geschlossenen,
ringsumlaufenden Hohlwulst in einem einzigen Arbeitsgang, wobei man ein Pulver aus
thermoplastischem Kunststoff in eine beheizbare )?orm einbringt und diese Form um
zwei zueinander senkrechte Achsen unter Beheizung so lange rotieren läßt, bis eine
Schicht aus thermoplastischem Kunststoff von gewünschter Dicke an die Wand der Form
angesintert ist, wonach man die Sinterform samt Inhalt abkühlt und den gebildeten
Formling aus der Sinterform entnimmt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
daß man das thermoplastische Kunststoffpulver während des Rotierenlassens und Erhitzens
der Sinterform durch einen in der Sinterform als einzige räumliche Verbindung zwischen
zwei sonst getrennten Formnestern I und II angeordneten Ringspalt a wechselweise
aus dem einen Formnest in das andere Formnest und umgekehrt zum Überrieseln bringt,
bis dieser Ringspalt a durch das allmähliche Ansintern von thermoplastischem Kunststoff
zuwächst, wodurch die räumliche Verbindung zwischen den beiden Formnestern unterbrochen
wird und wobei der in diesem Ringspalt enthaltene thermoplastische Kunststoff die
einstückige stoffliche Verbindung zwischen den beiden in den zwei getrennten Formnestern
entstandenen Formkörpern bildet.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens. Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Sinterform, die
aus zwei im wesentlichen zylindrischen bis leicht konischen und jeweils mit einer
Kröpfung versehenen Formteilen 1 und 2 besteht, wobei der Formteil 2 innerhalb des
Formteils 1 ungeordnet und hier unter Bildung der beiden Form nester I und II derart
befestigt ist, daß die Innenkante der Kröpfung des Formteile 1 in der Nähe der Stelle,
an der der untere Steg des genannten hohlen Ringwulstes von der Wand des zu bildenden
Behälters abzweigt, der Unterkante des Formteils 2 über Eck derartig gegenübersteht,
daß diese beiden Kanten einen Ringspalt a bilden, der die beiden sonst voneinander
getrennten Formnester 1 iind II räumlich miteinander verbindet, und dessen Breite
etwa der Dicke der Wand des herzutstellenden Behälters entspricht, wobei der Formteil
1 für die Ansinterung des Bodens und des unteren Teils der Seitenwände des Behälters
sowie des unteren Steges der Außenwand des genannten hohlen Ringwuls-tes dient,
während der Formteil 2 fur die Ansinterung des oberen Teils der Behälterwand, der
sugleich die Innenwand des genannten hohlen Ringwulstes darstellt, sowie für die
Ansinterung des oberen Steges des genannten hohlen Ringwulstes dient und wobei die
beiden Formteile 1 und 2 in ihrer @äumlichen Gestaltung den betreffenden Teilen
des zu bildendem Fo@mlings entsprechen.
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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einseitig offener Behält
er aus thermoplastischem Kunststoff Weitere Gegenstände der Erfindung sind in der
folgenden Beschreibung und in den PatentansprUchen aufgeführt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einseitig offene
Behälter aus thermoplastischem Kunststoff herzustellen, die an der Außenseite ihres
oberen Randes einen in sich geschlossenen, rings umlaufenden Hohlwulst aufweisen.
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Diese Behälter dienen der Aufbewahrung und der innerbetrieblichen
Pörderung von Flüssigkeiten sowie von pulverförmigen und kornförmigen Schilttgütern.
Bei dieser Verwendung bewirkt der an der Außenseite des oberen Randes der Behälter
befindliche, in sich geschlossene, rings umlaufende Hohlwulst von im wesentlichen
rechteckigen Querschnitt eine mechanische Versteifung der Behälter. Außerdem dient
der Hohlwulst als bequeme Handhabe beim Anfassen und Hochheben der Behälter von
Hand oder mit Hilfe von Hebezeugen.
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Die Ausbildung des am oberen Rand des Behälters rings umlaufenden
Wulstes speziell als Hohlwulst hat den Vorteil, daß gegenüber einem Maßivwulst von
gleichen äußeren Abmessungen Material und Gewicht eingespart wird, ohne daß eine
erhebliche Einbuße an Festigkeit gegenüber einem Massivwulst auftritt. Hierbei ist
es aber wesentlich, daß der Hohlwulst einen in sich geschlossenen Querschnitt aufweist,
da bei dieser Anordnung ein Höchstmaß an mechanischer Festigkeit gewährleistet ist.
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Normalerweise muß ein solcher in sich geschlossener, rings umlaufender
Hohlwulst aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden.
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Dieses Zusammensetzen erfordert umfangreiche und kostspielige Montagearbeiten,
Außerdem enthält der fertige Gegenstand in diesem Falle Schweißnähte oder Klebefugen.
Schweißnähte und Klebefugen sind aber Zonen geringeren Widerstandes gegen mechanische
Beanspruchungen. Bei vielen thermoplastischen Kunststoffen enthalten solche Schweißnähte
zusätzlich noch innere Spannungen, die bei chemischer Beanspruchung Anlaß zur Spannungakorrosion
geben können.
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Alle diese Schwierigkeiten wurden von der Anmelderin überwunden, indem
sie den an der Außenseite des oberen Randes des Behälters rings umlaufenden, in
sich geschlossenen Hohlwulst einstückig mit dem Behälter ausbildete.
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Eine derartige einstückige Ausbildung ist jedoch mit den bisher üblichen
Methoden der Eunststoffverformungetechnik nicht durchführbar, da es sich ja um einen
geschlossenen Hohlraum handelt.
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In der Kunststofftechnik, vor allem in der Spritzgußteohnik, werden
Hohlräume Ublicherweise dadurch ausgespart, daß man Kerne verwendet, die man nachträglich
aus den gebildeten Hohlräumen wieder entfernt. Es ist jedochrdcht md glich, aus
einem vollkommen geschlossenen Hohlraum nachträglich noch einen Kern zu en+fernen,
Hierin liegt die Schwierigkeit der gestellten Aufgabe.
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Diese Schwierigksit wird durch die vcrliegende Erfindung iiberwunsein.
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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einseitig offener Behälter
aus thermoplastischem Kunststoff Wegen der beträchtlichen Größe der Behälter wäre
es unwirtschaftlich, für ihre Herstellung das Spritzgußverfahren zu verwenden. Beim
Spritzgußverfahren treten nämlich in den Formen hohe Drucke auf. Deshalb ist es
notwendig, hoch druckfeste Formen zu verwenden. Diese Formen werden üblicherweise
aus massiven Stahlblöcken durch spanabhebende Formgebungaverfahren herausgearbeitet
und sind deshalb schwer und kostspielig.
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Beim Sintervffrfahren dagegen tritt in den Pormen kein Druck auf.
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Deshalb können hier leichte Formen verwendet werden, die meistens
aus verhältnismäßig dünnem Stahlblech bestehen. Solche Formen sind deshalb leicht
und verhältnismäßig billig.
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Aus diesem Grund wurden die gewünschten Behälter im Sinterverfahren
hergestellt, und zwar wegen der notwendigen allseitigen Beaufschlagung der Porm
mit Kunststoffpulver im Doppel-Rotations-Sinter-Verfahren.
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Das folgende Beispiel zeigt die Herstellung eines einseitig offenen
Behälters aus Niederdruck-Polyäthylen in Form eines sich nach unten schwach verjüngenden
Kegelstumpfes von kreisförmigem Querschnitt mit einem an der Außenseite seines oberen
Randes einstükkig angeformten, in sich geschlossene, ringsumlaufenden Hohlwulst
von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt.
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Der Behälter hat folgende Abmessungen: 1. Gesamthöhe: 850 mm 2, Außendurchmesser
am Boden: 475 mm 3. Außendurchmesaer unmittelbar unterhalb des Hohlwulstes gemessen:
525 mm 4. Außendurchmesser oben über die Außenkante des Hohlwulstes gemessen: 600
mm 5. Innendurchmesser oben: 540 mm 6. Höhe des Hohlwulstes außen gemessen: 270
mm Zur Herstellung des Behälters werden 8 kg eines Niederdruck-Polyäthylen-Pulvers
verwendet, das Korngrößen zwischen 1001um und 500 aufweist. Der Kristallitschmelzbereich
liegt bei 122 -1266 C. Der Schmelzindex (2,16 kg) beträgt 5 g/10 min, Bei dem verwendeten
Material handelt es sich um ein Produkt, das unter der Bezeichnung Hostalen GVPS
1 erhältlich ist.
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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einseitig offener Behälter
aus thermoplastischem Kunststoff Diese 8 kg Material werden in den Teil 1 der Sinterform
(siehe Zeichnung,'Fig. 1) eingefüllt. Dieser Teil 1 der Sinterform besteht aus 3
mm starkem Stahlblech und entspricht in seinen Abmessungen dem Boden und dem unteren
Teil der Seitenwand des Behälters sowie dem unteren Steg und der Außenwand des hohlen
Ringwulstes, Nach dem Einfüllen des Polyäthylen-Pulvers in den Formteil 1 wird der
Formteil 2 in den Formteil 1 eingeführt. Der Formteil 2 wird über seinen Flansch
4 mit Hilfe der Schrauben 5 und der Zentrierstifte 6 an dem Gegenflansch 3 des Formteils
1 befestigt.
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Durch diese Anordnung des Formteils 2 innerhalb des Formteils 1 entstehen
die beiden Formnester I und II, die über den Ringspalt a räumlich miteinander in
Verbindung stehen. Der Ringspalt a wird dadurch gebildet, daß die Innenkante der
Kröpfung des Formteils 1 und die Unterkante des Pormteils 2 einander über Eck gegenüberstehen.
Die Breite dieses Ringspalts a beträgt im vorliegenden Pall 5 mm.
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Der Formteil 2 besteht ebenfalls aus 3 mm starkem Stahlblech und entspricht
in Beinen Abmessungen dem oberen Teil der Behälter wand, der zugleich die Innenwand
des hohlen Ringwulstes darstellt, sowie dem oberen Steg dieses genannten hohlen
Ringwulstes. in dem Boden 8 des Formteils 2 ist mittels der Schrauben 9 ein Konus
7 befestigt, dessen Spitze in Gebrauchsstellung in das Formnest I hineinweist und
dessen Mantelrand in Richtung gegen den Ringspalt a ausläuft, Dieser Konus ist durch
ein wärmeisolierendes Material 10 thermisch isoliert gegenüber dem Boden 8 des Formteils
2, Die mit Polyäthylen-Pulver beschickte und in der genannten Weise zusammengesetzte
Gesamtform wird auf einer geeigneten Vorrichtung befestigt, die es erlaubt, die
Form mit 6 bzw. 15 Umdrehungen pro Minute um zwei zueinander senkrechte Achsen rotieren
zu lassen und die Porm gleichzeitig durch einen Warmluftstrom zu erhitzen.
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Die Rotation verläuft hierbei so langsam, daß keine Fliehkräfte auftreten,
die größer sind als die Erdbeschleunigung. Das Poly-Cthylen-Pulver wird infolgedessen
nicht an die Wände der Form geschleudert, sondern es rieselt in den beiden Formnestern
hin und her und an den Formwänden entlang. Insbesondere rieselt das Polyâthylen-Pulver
auch aus demPcrmnest I durch den Ringspalt a in das Formnest II und umgekehrt aus
dem Formnest II durch den Ringspalt a in das Formnest I.
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Der Konus 7 bewirkt hierbei, daß das Polyäthylen-Pulver aus dem Formnest
1 gegen den Ringspalt a hingeleitet wird und nicht auf dem Boden des Formteils 2
liegen bleibt.
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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einseitig offener Behält
er as thermoplastischem Kunststoff Während dieser Rotation der mit Polyäthylen-Pulver
beechickten zusammengesetzten Sinterform um zwei zueinander senkrechte Achsen wird
die Form von außen her durch einen Heißluftstrom von etwa 360 C erhitzt. Die Temperatur
der Formwand steigt hierdurch allmählich bis auf etwa 220 C. Infolgedessen beginnt
das im Innern der Form an der Formwand entlang rieselnde Polyäthylen-Pulver an der
Innenseite der Formwand anzusintern und hier eine zusammenhängende Schicht zu bilden.
Innerhalb von etwa 70 Minuten sintert das gesamte in der Form vorhandene Polyäthylen-Pulver
an die Innenseite der Wand der zusammengesetzten Sinterform an und bildet hierbei
einen Formkörper 12 von etwa 5 mm Wandstärke, Während des Sinterungsvorganges setzt
sich der Ringspalt a allmählich mit angesintertem Polyäthylen-Material vollkommen
zu, wodurch die bis dahin bestehende räumliche Verbindung zwischen dem Formnest
I und dem Formnest II unterbrochen wird. Dieses im Ringspalt a angesinterte Polyäthylen-Material
bildet jetzt die einstückige stoffliche Verbindung zwischen dem unteren Teil des
Behälters und dem oberen Teil des Behälters mqt dem daran befindlichen, in sich
geschlossenen Hohlwulst.
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Auch auf der Oberfläche des Konus 7 bildet sich durch Ansintern von
Polyäthylen eine Haut 11, deren Stärke jedoch infolge der Wärmeisolierung nur gering
ist.
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Jetzt wird die Heizung abgestellt, die Form samt Inhalt gekühlt und
der Formling 12 nach Auseinandernehmen der Form aus dieser entnommen. Die auf dem
Konus angesinterte dünne Haut 11 aus Polyäthylen wird durch einfaches Abschneiden
entfernt.
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Damit ist der gewünschte komplizierte Formkörper in einem einzigen
Arbeitsgang einstückig und ohne Verwendung von Formkernen in überraschend einfacher
Weise fertiggestellt. Ingendwelche weiteren Nacharbeiten oder gar Montagearbeiten
sind nicht erforderlich.
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In ähnlicher Weise wie der in dem vorstehenden Beispiel beschriebene
Behälter, der die Form eins Kegelstumpfes mit kreisförmigem Querschnitt aufweist,
können auch Behälter von anderer Form hergo ste@lt wewden. Die Behälter können beispielsweise
die Form eines Kegelstumpfes mit eliptischem Querschnitt besitzen, ferner die Form
eines @ylinders von kreisförmigem oder eliptischem Querschnitt.
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@e@ kann d@r Behälter die Form eines hohen ler fl@chen Prismas, ein@
Würfels, eines Pyramidenstumpfes oder @@ @@@he Formen auf-@e@ @ wobel die Kanten
in allen Fällen m@@r @ber@ger abge-
Verfahren und Vorrichtung zur
Herstellung einseitig offener Behält er aus thermoplastischem Kunststoff Der Hohlwulst,
der sich auf der Außenseite des oberen Randes des Behälters befindet, kann entweder
entlang dem ganzen Umfang des oberen Randes rings umlaufen, also ringwulstförmig
ausgebildet sein; er kann aber auch aus einzelnen in sich geschlossenen Hohltaschen
bestehen, Das letztere erfordert naturgemäß eine entsprechende Änderung der Sinterform'
wobei der Ringspalt in einzelne Teilspalte zerlegt und die Form für die Ausbildung
des Hohlwulstes teilweise weggelassenwird. Auf alle Fälle aber sind sowohl der ringsumlaufende
Hohlwulst als auch die einzelnen Hohltaschen vollkommen in sich geschlossen und
einstückig mit dem Behälter verbunden.
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Der rings umlaufende Hohlwulst oder die einzelnen Hohltaschen können
wie im vorliegenden Beispiel einen hoch rechteckigen Querschnitt aufweisen. Sie
können aber auch einen quadratischen, flach rechteckigen, dreieckigen, halbkreisförmigen
oder einen anderen Querschnitt haben.
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Für das vorliegende Verfahren eignen sich alle thermoplastischen Kunststoffe,
die überhaupt im Sinterverfahren verwendet werden können, also Niederdruckpolyäthylen,
Hochdruckpolyäthylen, Polyamid, Polyvinylchlorid usw.
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Die Teilchengröße des thermoplaetischen Pulvers bewegt sich zwischen
100 µ und 5OOund muß so eingestellt sein, daß auch die gröbsten Teilchen den Ringspalt
ohne weiteres passieren können, Die Wandstärke der hereustellenden Formkörper kann
in weiten Grenzen variieren und ist naturgemäß abhängig von den Anforderungen, die
an die mechanische Festigkeit des Formkörpers geetellt werden.
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Der Ringapalt a hat üblicherweise eine Breite, die der Wandstärke
des herzustellenden Formkörpers entspricht. Falls diese Wandatärke des herzustellenden
Formkörpers jedoch sehr gering ist, müßte auch die Breite des Ringspaltes entsprechend
gering gehalten werden. In diesem Falle besteht aber die Gefahr, daß der Ringspalt
durch Ansintern des thermoplastischen Materials vorzeitig zugesetzt würde und ein
Herüber- und Hinüberflie#en des Kunststoffpulvers aus dem Formnest 1 in das Formnest
II und umgekehrt vorzeitig unterbrochen würde.
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Um Diese Schwierigkeit zu vermeiden, wird der Ringspalt zunächst breiter
eingestellt als der Wandstärke des herzustellenden dünnen @rmkörpers entspricht.
dieses Verbreitern des Ringspaltes wird wirkt durch die Verwendung von Distanzkeilen
13 (Figur 2), die Wischen dem Flansch 3 des formteils 1 und dem Flansch 4 des Form
eils 2 eingesetzt werden. Infolge dieser Verbreiterung des Ringalts a und wegen
der geringen Wandstarke des Formkörpers sintert er Ringspalt in diesem halle nicht
zu Nach Beendigung des Sin-
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung
einseitig offener Behält er aus thermoplastischem Kunststoff terungsvorganges werden
die Distanzkeile 13 entfernt und der Formteil 2 um die Breite der Distanzkeile 13
weiter in den Formteil 1 hineingesenkt. Dadurch tritt Jetzt entlang der Linie des
Ringspalts a eine gegenseitige Berührung der beiden dünnen Kunststoffschichten ein,
die, wie überall an den Innenwänden der beiden Formteile 1 und 2 auch an den beiden
einander über Eck gegenüberstehenden Kanten des Ringspalts angesintert sind. Bei
dieser Berührung werden die beiden dünnen Kunststoffschichten entlang der Linie
des Ringspalts in noch heißem Zustand unter Druck miteinander verschweißt.
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Das Ergebnis dieses abgeänderten Verfahrens ist das gleiche wie das
des Grundverfahrens, nämlich ein in einem einzigen Arbeitsgang hergestellter Behälter
mit einem an der Außenseite seines oberen Randes einstöckig angeformten, in sich
geschlossenen, rings umlaufenden Hohlwulst.