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Verfahren zum Gießen von hohlen Kunststoffgegenständen aus Plastisol
Ausscheidung aus Patent g (Patentanmeldung P 14 79 113.0 Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zum Gießen von hohlen, dünnwandigen, flexiblen Kunststoffgeenstanden
aus einem Plastisol, bei dem eine hohle Gießform aus Metall an einem endlosen Förderer
aufgenommen wird, der in einer geschlossenen Bahn nacheinander mehrere Bearbeitungsstationen
durchläuft.
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Verfahren dieser Art zum Herstellen von Hohlkörpern in Gießformen
sind als"slush molding" - Verfahren bzw.
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Sturz-Gießverfahren bekannt, ebenso Vinylplastisolverbindungen, die
nach diesen Verfahren verwendet werden. Beim Gießen von hohlen, dünnwandigen Gegenständen
wird eine hohle Metallform mit einem offenen oberen Ende mit flüssigem Plastisol
gefüllt. Die Form wird dann von außen beheizt, üblicherweise
in
einem Heißluft- oder Strahlungswärmeofen, es kann aber auch ein Salzbad oder eine
andere Art von Bad verwendet werden.
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Diese Beheizung der Form erwärmt zuerst die Schicht des flüssigen
Plastisols in der Nähe der Formwandung, und wenn die Temperatur dieser Schicht hoch
genug wird, geliert die Schicht. Die Dicke der gelierten Schicht hängt@von der Temperatur
ab, auf die die innere Plastisolschicht gebracht wird, sowie von der Zeitdauer,
während der das Plastisol auf dieser Temperatur gehalten wird. Um eine gelierte
Schicht geeigneter Dicke in einem Ofen zu erhalten, ist es üblicherweise erforderlich,
eine Form 6 bis 7 Minuten lang zu erwärmen und in einem Salzbad oder einem ähnlichen
Bad 0,5 bis 1,5Minuten lang zu belassen. Die erwendung eines Salzbades ist wegen
des Schmutzes und der Abgase bedenklich.
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Nachdem die Schicht in der Nähe der Formwandung geliert ist, wird
der nicht gelierte Hauptteil des Plastisols in der Form abgegossen und die Form
wird dann einer zweiten Wärmebehandlung auf einer höheren Temperatur unterworfen,
damit die gelierte Plastisolschicht vollständig schmilzt.
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Der Ausdruck"Plastisol"wird in vorliegender Anmeldung im gleichen
Sinne verwendet, wie dies auf Seite 22 und auf Seite 799 der Modern Plastics Encyclopedia,
Ausgabe 1963, September 1962 vom Verlag Hildreth Press, Inc., Bristol, Conn. U.
S. A. der Fall ist. Plastisol gehen üblicherweise von Polyvinylchloridharzen aus.
Die Plastisole, die in vorliegender Erfindung verwendet werden, können, falls dies
erwünscht ist, Blas- oder Schäummittel enthalten, damit ein geschäumtes oder schwammiges
Gefüge, entweder mit offenen oder geschlossenen Zellen erhalten wird. Das "slush
molding"-Verfahren ist ferner beginnend auf Seite 801 der eben erwähnten Enzyklopädie
erläutert.
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Übliche"Slush molding"-Verfahren sind durch eine relativ langsam erfolgende
Wärmeeingabe gekennzeichnet und weisen insoferne Nachteile auf, als während der
Aufheizstufen die rendenz
besteht, das Plastisol zu weit zu führen
und zu überheizen.
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Die Änderungen, die in einem Plastisol auftreten, sind von der Zeit
und der Temperatur abhängig. Der Weichmacher des Plastisols muß teilweise die plastischen
Partikel solvatisieren oder durchdringen und quellen, damit das Plastisol gelieren
kann, und er muß die plastischen Partikel vollständig solvatisieren, wenn das Plastisol
geschmolzen ist0 Die Tendenz des Weichmachers, die suspendierten plastischen Partikel
zu solvatisieren, nimmt mit der Temperatur zu, und je länger das Plastisol auf der
höheren Temperatur gehalten wird, desto höher wird die Solvatisierung.
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Bei einem üblichen"Slush molding"-Verfahren, bei dem die Form in einem
Ofen während der Stufe zur Gelbildung aufgeheizt wird, muß das die Wärme übertragende
Medium, z0B. heiße Luft, eine Temperatur aufweisen, die wesentlich größer ist als
die, die von den Formwandungen erreicht werden muß, damit die gewünschte Temperatur
in den Fcrmwandungen innerhalb einer praktisch brauchbaren Zeitperiode erhalten
wird. Der Übertragung der Wärme in die Formwandung wird durch den stehenden Gasfilm
entgesengewirkt, der an der Grenzfläche zwischen Formwandung und Gas entsteht, und
die Temperatur des Heizmedium eilt der Temperatur der Formwandung und der Plastisolschicht
voraus, die beide aufgrund des Widerstandes der verschiedenen Filme oder Schichten
gegen Übertragung von Wärme wesentlich nacheilen.
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Wenn die Temperatur des Heizmediunszu hoch gewählt wird, um die Gelierzeit
abzukürzen, wird die Stufe zur Gelbildung extrem empfindlich und die Steuerung geht
verloren, wobei dann das Ziel unter- oder überschriten wird. Wenn eine nicht ausreichende
Dicke geliert wird, ist das Produkt natürlich nicht brauchbar, Wenn die Aufheizung
ein Überschreiten des Zieles ergibt und die gelierte Schicht dicker als erforderlich
ist, wird Plastisol nutzlos verbraucht und die Gegenstände werden verhältnismäßig
teuer. Wenn die Überschreitung zu groß wird, besteht auch die Gefahr, daß das Plastisol
thermisch beschädigt oder verbrannt mild, Diese Schwierigkeit der Wärmeübertragung
macht
es in vielen Fällen schwierig, ein "zu viel?1 zu vermeiden, insbesondere bei Gegenständen
komplexer Gestalt.
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Das Voreil-Nacheil-Problem gestaltet auch die Auswahl der optimalen
Zeit für das Entfernen der Formen aus dem Ofen schwierig.
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Es ist grundsätzlich auch bekannt, die elektrische Induktions-Beheizung
zum Gießen von hohlen Gegenständen aus wärmehärtbaren Kunstharzmassen anzuwenden,
wobei die Kunstharzmasse in fließfähigem Zustand auf die innere Wandung einer rotierenden
hohlen Form durch Wirkung der Zentrifugalkraft aufgespritzt und dann durch Wärme
ausgehärtet wird.
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In der Industrie besteht ein erheblicher Bedarf an automatisierten
Sturzgießverfahren, insbesondere für Gegenstände mit großem Volumen und komplizierter
Gestalt, z. B. für Sonnenblenden für Kraftfahrzeuge und Schutzpolsterabdeckungen
oder dergleichen. Es sind bereits Versuche mit Salzbädern gemacht worden; diese
Versuche sind jedoch weitgehend erfolglos geblieben, weil der wesentliche Teil des
Plastisols, der aus der Form jedesmal abgegossen und wieder in Umlauf gesetzt wurde,
zähflüssig wird, selbst bei einer Verdünnung, und weil die Einrichtung verschmutzt.
Wegen der geringen Geschwindigkeit der Wärmezufuhr ist eine schafe Unterscheidung
zwischen dm gelierten und nichtgelierten Schichten nicht möglich, so daß teilweise
geliertes Plastisol aus der Form abfließt. Diese Schwierigkeit der zunehmenden Zähflüssigkeit
bzw. Viskosität wird noch erhöht, wenn Formen verwendet werden, die ein großes Verhältnis
von Volumen zu Oberfläche besitzen. Auch die Gesamttemperatur des wieder in Umlauf
gesetzten Plastisols versucht auf einen unerwünscht hohen Wert anzusteigen.
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Beim Gießen von hohlen, dünnwandigen Gegenständen geliert pro Durchgang
nur etwa 3 bis 15S, üblicherweise 5 bis 10% des
Materiales in der
Form und der übrige Tfil wird wieder in Umlauf gesetzt. Damit ergeben sich hohe
Umlaufgeschwindigkeiten.
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Die Masse des Plastisols, das wieder in Umlauf gesetzt wird, hat die
Möglichkeit, wenn es auf eine erhöhte Temperatur über 54 bis 60° C aufgrund der
zur Aufheizung der Form während der Stufe der Gelbildung verwendeten Verfahrens
erwärmt wird, Viskositätsänderungen zusätzlich zur Erhöhung der Viskosität, die
durch die teilweise gelierte Schicht auftritt, einzugehen und tut dies auch. Dieser
Viskositätsanstieg verhindert, daß Vorgänge, die auf den üblichen Aufheiztechniken
beruhen, kontinuierlich durchgeführt werden, wenn mit erneuten Durchläufen gearbeitet
wird.
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Ziel vorliegender Erfindung ist somit ein automatisiertes Sturzgießverfahren
(slush-molding) zur Herstellung dünnwandiger, insbesondere großer und komplizierter
Hohlgegen stände aus Plastisol, bei denen durch rasche Aufheizung der Form eine
einwandfreie Verarbeitung des Plastisols gewährleistet und dadurch eine hohe Qualität
der hergestellten Gegenstände erzielt wird, während gleichzeitig der Durchsatz an
hergestellten Gegenständen wesentlich vergrößert werden kann.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Gießform an
der ersten Station mit flüssigem Plastisol gefüllt wird, daß die gefüllte Gießform
zu einer benachbarten Station transportiert wird, wo sie von einer ersten Induktionsbeheizungsvorrichtung
aufgeheizt wird, derart, daß sich eine dünne Haut aus geliertem Plastisol auf der
Forminnenfläche ausbildet, daß nicht geliertes Plastisol aus der Gießform entleert
wird, daß die Gießform dann an eine weitere Station transportiert wird, wo sie von
einer zweiten Induktionsheizvorrichtung erneut aufgeheizt wird, damit die vorher
gelierte Plastisolhaut geschmolzen wird, daß die Gießform in Anschluß daran an einer
nachfolgenden Station gekühl-btniird, und daß die geschmolzene Haut schließlich
von der Gießform abgestreift und die Gießform
von dem Förderer zur
ersten Station zurückgeführt wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die
Gelbildung und das Schmelzen der Plastisolhaut durch die erste und die zweite Induktionsbeheizungsvorrichtung
dadurch vorgenommen werden, daß Wärme in einer äußeren Metallschicht der Gießform
mit verhältnismäßig hoher magnetischer Permeabilität erzeugt wird, und daß diese
Wärme von der äußeren Schicht durch eine innere, von der äußeren verschiedene metallische
Schicht geführt wird, die eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit für das Plastisol
besitzt.Dabei wird von der ersten Induktonsbeheizungsvorrichtung eine höhere Energiekonzentration
am geschlossenen Ende der Form erzeugt als dem Mittelwert der Energie entspricht,
die dem übrigen Teil der Form zuführt wird.
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Untersuchungen an einer automatisch arbeitenden Fließbandanlage mit
vierzig Gießformen, die Sonnenblenden aus PlastisLmit einer Durchsatzgeschwindigkeit
von 240 pro Stunde für jede einzelne, durch Induktionswirkung beheizte Gelspule
produzierte, ergab, daß die Viskositätserhöhung vernachlässigbar war und daß die
Temperatur des Hauptteil es des erneut in Umlauf gesetzten Plastisols nicht höher
als 540 C und üblicherweise 490 C, sogar ohne Kühlung, sein kann. Zusätzlich wurde
festgestellt, daß die wesentlich feinere Grenzfläche zwischen der gelierten und
der nicht gelierten Schicht eine wesentlich glattere und gleichmäßigere Fläche ergibt.
Dies ermöglicht, daß eine dünnere gelierte Schicht sicher ohne freie Räume oder
dünne Stellen ausgebildet werden kann und daß dadurch eine Ersparnis an Plastisolverbrauch
und eine Kostenersparnis für die Herstellung des Gegenstandes erreicht wird. Eine
Aufheizung gemäß der Erfindung ist insbesondere brauchbar für die Herstellung von
gießen Gegenständen komplizierter Form, z. B. Gegenständen mit einer inneren Fläche
größer als 1860 cm2 mit- vertikalen Schnitten von 30-cm oder mehr, undXoder mit
sich ändernden Querschnittsformen und Größen längs der Achse der Form, wie dies
z. B. bei Kraftfahrzeug-Sonnenblenden der Fall ist. Insbesondere
ist
die Erfindung auch anwendbar auf Formen , bei denen das Verhältnis von Oberfläche
zu Volumen den Wert 3 übersteigt. Wärmesenken oder ein Abschrecken können in Verbindung
mit den Formen zur Steuerung der Dicke der Vinylhülse je nach Bedarf verwendet werden.
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Da die Erwärmung während der Gelbildung sehr rasch, nämlich in weniger
als 10 sec. durchgeführt werden kann, wird die Dauer des Zyklus weitgehend verringert
und die Anzahl von Gegenständen, die in der Preßform pro Stunde hergestellt werden
können, wesentlich vergrößert. Damit wird der Bedarf an Werkzeugen für jeden Durchlauf
verringert, wodurch ein wesentlicher Vorteil erreicht wird0 Vorzuasweise wird eine
Metallform spezieller Ausbildung mit einer inneren, galvanisierten Wandung aus gut
wärmeleitendem Material, vorzugsweise Kupfer verwendet. Dieses Material besitzt
eine verhältnismäßig niedrige magnetische Permeabilität und spricht nicht zu sehr
auf ein elektromagnetisches Induktionsheizfeld an. Auf der anderen Seite der Kupferhülse
kann eine Schicht aus einem Metall mit verhältnismäßig hoher Permeabilität und niedriger
elektrischer Leitfähigkeit, z. B.
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NIckel, aufgebracht sein. Diese Nickelschicht absorbiert vorzugsweise
die elektromagnetischen Wellen des Induktionsheizfeldes und kann innerhalb einer
Zeitdauer von 6 bis 10 sec. auf eine sehr hohe Temperatur aufgeheizt werden, während
dann, wenn Kupfer allein verwendet würde, die drei-bis fünffache Zeit dauer zur
Erreichung der gleichen Temperatur und eine enge Kopplung mit den Spulen erforderlich
wäre.
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Bei der Induktionsbeheizung wird der Metall gegenstand innerhalb der
Induktionsheizspule ungleichförmig in bezug auf den Abstand zwischen jeder Windung
der Spule aufgeheizt, weil das Feld in der Ebene einer jeden Spule stärker ist.
Bei dem vorliegenden Verfahren spricht das Nickel in ähnlicher Weise an, wäl aber
der innere Teil der Formwandung aus einer verhältnismäßig
schwereren
Schicht eines besser wärmeleitenden Materiales, z. B. Kupfer aufgebaut ist, versucht
dieses, das Spulenschema abzudecken oder zu übersteuern, das von der Nickelschicht
aufgenommen wurde. Das Kupfer ergibt eine wesentlich gleichförmigere Verteilung
der Wärme. Deshalb ermöglicht eine derartige Form höhere Toleranzen bei der Einstellung
der Spulen relativ zu der Form, und es können auch größere Spulenabstände und engere
Kopplungen wie auch höhere Fluß dichten für raschere Aufheizung verwendet werden.
Es ist auch bei dem Verfahren gemäß der Erfindung möglich, die Nickelzusammensetzung
über der Oberfläche der Form zu verändern, um die Wärmedichte und infolgedessen
die Hülsendicke zu steuerns Das Nickel kann in einem Bereich höher durchlässig und
in einem anderen Bereich weniger durchlässig sein, so daß in einem kritischen Bereich
mehr oder weniger Wärme je nach bedarf eingeführt werden kann, ohne daß die Spulen
geändert werden müssen. Dies ist wesentlich, wenn man berücksichtigt, daß ein automatisch
arbeitendes Fließband 40 bis 60 Pressen aufweisen kann, deren genau gleiche Herstellung
äußerst kompliziert ist.
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Wenn eine Presse nicht für das besondere Spulenschema geeignet ist,
kann die Presse je nach Bedarf den letzten Schliff erhalten, damit die Unterschiede
ausgeglichen werden und damit die Presse genau gleich den benachbarten Pressen wird.
Auch kann es erwünscht sein, mehr als eine Pressenform auf einer der autgmatisch
betriebenen Fertigungsstraßen einzusetzen und trotzdem nur eine Induktionsheizspule
zu verwenden0 Pressen verschiedener Größen und/oder verschiedener Gestalt können
dem Feld angepaßt werden, das von einer einzigen Induktionsspule erzeugt wird, indem
die Zusammensetzung der äußeren Nickelplattierung und/oder der Dicke der galvanisch
niedergeschlagenen Kupferschicht der Presse verändert wird.
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Die Intensität und/oder Dauer des elektromagnetischen Feldes kann
natürlich ebenfalls auf einer automatisch betriebenen Fertigungsstraße so geändert
werden, wie sie von jeder nachfolgenden
Presse gefordert wird,
wenn die Fertigungsstraße verschiedene Arten von Pressen unterschiedlichen Gewichtes
und/oder unterschiedlicher Ausbildung aufweist.
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Die gesamte Formwandunqsdicke kann sich von 0,0625 bis 0,625 cm üblicherweise
von 0.075 bis 0,225 cm ändern. Die Dicke der Kupferschicht beträgt normalerweise
0,075 bis 0,15 cm. Das Gewichtsverhältnis von Nickel zu Kupfer in dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel soll im Bereich von 1 bis 3 liegen. Der Anteil an Nickel wird
so niedrig wie praktisch möglich gehalten, und zwar in der Größenordnung von 0,005
bis 0,075 cm und vorzugsweise 0,025 bis 0,05 cm. Größere Dicken sind nicht erforderlich,
weil das Hochfrequenzfeld- nur die äußere Haut der Form beeinflußt.
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Das Nickel kann mit andererEetallen, zO B. Kobalt, legiert sein0 Andere
Metalle, die gute Wärmeleiter sind, z. B.
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Aluminium, können anstelle der inneren Kupferschicht verwendet werden,
ferner Eisen oder Stahl anstatt der äußeren Nickelschicht. Eine aus Aluminium bestehende
innere Hülse kann vorzugsweise dann verwendet werden, wenn die Form durch Gießen
anstatt durch Galvanisieren hergestellt wird.
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Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand
eines Ausführungsbeispieles erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch die Verfahrensschritte eines selbsttätig
ablaufenden Verfahrens zum Gießen von Hohlkörpern gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine
grafische Darstellung der Änderung der Temperatur mit der Zeit, und Fig. 3 eine
grafische Darstellung der Temperaturprofile zu verschiedenen Zeiten während der
Stufe der Gelbildung.
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Nach Fiq. 1 weist die selbsttätig arbeitende Fertigungsstraße eine
induktionsbeheizte Gelstation, eine induktionsbeheizte
Schmelzstation
und vierzig Hülsenformen, die gleichmäßig in vier Typen aufgeteilt sind, zur Herstellung
von Sonnenblenden für Kraftfahrzeuge auf.
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Vinylhülsen wurden auf dieser Straße mit einer Geschwindigkeit von
240 Stück pro Stunde mit einer Ausstoßrate von 0,5 bis 1,0% hergestellt. Der Plastisolverbrauch
betrug im Mittel 180 g pro Hülse und die Hautdicke der Hülsen betrug 0,0625 cm +
0,0125 cm.
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Um eine Überbestimmung zu vermeiden, soll nur die Form für eines der
Teile im einzelnen beschrieben werden. Dieses Teil besitzt eine Länge von 65 cm,
eine Breite an der breitesten Stete von 13,75 cm, eine maximale Dicke von 2,5cm,
ein Volumen (in bezug auf die äußeren Abmessungen) von 2378 cm3 und eine Oberfläche
von 1800 cm2. Die Plattierform wurde in bekannter Weise so hergestellt, daß Wachs
in ein Modell gegossen wurde, worauf chemisch reduziertes Silber zugeführt wurde,
um die Oberfläche stromleitend zu machen. Kupfer wurde dann in einer Dicke von 0,1125
cm durch Galvanisieren in üblicher Weise aufgebracht. Das Gewicht des aufgebrachten
Kupfers betrug etwa 1820 g. Das Kupfer war reines Kupfer. Eine Nickelschicht von
etwa 0,0375 cm Dicke wurde dann durch Galvanisieren in üblicher Weise aufgebracht,
indem eine Nickelsulfonatplattierlösung verwendet wurde.
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Das Gesamtgewicht des niedergeschlagenen Nickels betrug 568 g. Das
Wachs wurde dann durch Schmelzen entfernt. Die Innenseite der Form wurde anschließend
mit einer sehr dünnen Schicht aus stromlosem Nicke-l bedeckt, um die Freigabe der
Vinylhülsen aus der Form zu vereinfachen. Die drei anderen Arten von Hülsenformen
waren etwa in der gleichen Weise ausgeführt.
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Das verwendete Plastisol hatte folgende Zusammensetzung:
PVC-A
Gewichtsteile 60 PVC-B 40 Didecylphthalat (enthält 25% Bisphenyl) 38 Di decyladitat
18 Epoxydiertes Sojabohnenöl 4 Verzögerungsmittel 3 Füllstoff (kristallines Ca CO3)
25 Stearinsäure 0,75 188,75 PVC-A war Opalon 44 (Mansanto Chemical Co.), PVC-B war
Borden 260-C (Borden Chemical Co.) und das Verzögerungsmittel war Neudex 1060 (Neudex
oemical Co.).
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Das Plastisol wurde durch übliche Techniken in einem Vakuummischer
genischt. Seine Viskosität betrug etwa 10g/cm.sec. Nach dem Mischen wurde das Plastisol
aufgeheizt und 30g eines Silikonschaumsinkmittels hinzugefügt (DC-200, Dow Coring)
O Nach Fig. 1 besteht die automatisch arbeitende Fertigungsstraße aus einmHängekettenförderer
10, der die vier Arten von Hülsenformen 20 bis 27 träqt und mit Haken, Nocken und
Hebeln versehen ist, damit die Hülsenformen an den verschiedenen Stationen auf verschiedene
Höhen gedreht werden können, wie dies durch die kreisförmigen Pfeile um den Förderer
10 herum angedeutet ist. Die genaue Folge der Arten von Formen auf der Fertigunasstraße
ist unerheblich.
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Die Fertigungsstraße hat acht Stationen A bis H. Das Verfahren wird
so beschrieben, als ob die Hülsenformen an jeder Station eine kurze Zeit verwalen
würden0 An der ersten Station, der Station A nimmt eine Form 20 eine vertikale Stellung
mit der Öffnung an der Oberseite ein. Sie wird mit einer abgemessenen Menge an Plastisol
aus einem Behälter 11 über eine Leitung 12, eine Pumpe 13, eine Leitung 14, ein
Steuerventil 15 und eine Leitung 16 gefüllt. Für die bestimmte Hülsenform, die hier
betrachtet wird, beträgt die Plastisolmenge etwa 1800g. An der Station B ist eine
Form 21, die vorher an der Station A gefüllt worden war, in eine vertikale
Stellung
gedreht worden und das Plastisol wird abgegossen und über eine Leitung 17 dem Behälter
11 zugeführt.
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An der Station C wird eine Form 22 erneut nit einer abgemessenen Menge
an Plastisol gefüllt, die von der Leitung 14 über ein Steuerventil 18 und eine Leitung
19 zugeführt wird. Während in manchen Fällen nur ein Füllschritt notwendig ist,
wird ein Entleeren und erneutes Füllen bevorzugt, damit Luft aus der Form entweichen
kann, weil die meisten Hülsenformen bzw.
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Formmasken hinterschnitten sind.
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An der Station D wird eine Formmaske 23, die mit flüssigem Plastisol
gefüllt ist, mit Hilfe eines elektromaanetischen Feldes, das über eine Inkuktionsheizspule
30 eingespeist wird, erwärmt, Diese Spule besteht aus sechsllndzwanzig Windungen
und ist von der Formmaske in einem Abstand von mindestens 1,25 cm entfernt. Die
Gesamthöhe der Spule beträgt etwa 72,5 cm. Der Spulenabstand ist so gewählt, daß
für diese Art der länglichen Formmaske eine höhere Energiekonzentration auf die
Unterseite der Form im Vergleich zu dem Mittelwert für den übrigen Teil der Form
aufgebracht wird. Der Grund dafür ist darin zu sehen, daß dann, wenn die Form für
das Entleeren umgekehrt wird, ein dickerer Gelüberzug am Formboden erforderlich
ist, um ein zu starkes Abfließen auf die umgekehrte Oberseite zu zu verhindern,
da kein Material vorhanden ist, um das Material zu ersetzen, das von dem umgekehrten
Boden abgeflossen ist, wie dies mit dem übrigen Tlil der gelierten Schicht auf der
Formwandung der Fall ist.
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Die Energie wird mit einer Requenz von etwa 200 kHz, einer Spannung
von etwa 800 V und einer Stromstärke von 250 bis 400 A der Spule 30 über Leitungen
31 und 32 etwa 5 Sekunden lang aufgegeben. Ein Hochfrequenz-Induktionsgenerator,
dessen Nennleistung bei 50 KW liegt, ist für diesen Zweck ausreichend.
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In Betrieb kann die Induktionsheizspule vertikal angehoben
und
gesenkt werden. Wenn die mit Plastisol gefüllte Formmaske sich in die Station hineinbewegt,
nimmt die Induktionsheizspule ihre abgesenkte Stellung ein. Wenn dann die Formmaske
ihre Arbeitsstellung einnimmt, wird die Induktionsheizspule pneumatisch angehoben.
Vorzugsweise ist der Spulen anschlag jedesmal in einer festen Stellung vorgesehen
und die Bodenstellung der verschiedenen Arten von Formen auf dem Förderer wird verändert,
damit die Formen in geeigneter Weise in der Spule einstellbar sind. Wenn die Spule
ihre Anschlagstellung erreicht hat, wird der Spule eine bestimmte Zeitdauer lang
Energie bestimmter Intensität zugeführt.
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An der Station E wird eine Formmaske 24 in eine vertikale Stellung
gedreht, so daß das nicht gelierte Plastisol abgegossen, von einer Leitung 33 aufgenommen
und in den Behälter 11 zurückgeführt werden kann. Für die Größe der Form, die in
diesem Beispiel verwendet wurde, beträgt die mittlere Umlaufrate etwa 90%, was verhältnismäßig
hoch ist.
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An der Station F wird eine Formmaske 25 mit der dünnen Schicht des
gelierten Plastisols 34 durch eine Induktionsheizspule 34' aufgeheizt, die in der
gleichen Weise wie die Spule 30 arbeitet, d. h. sie kann angehoben und gesenkt werden
und ist mit einer ähnlichen Energiequelle verbunden. Die Spule braucht jedoch nicht
in der Weise ausgeht zu sein, daß eine höhere Energiekonzentration am Boden der
Form erhalten wird, da dies nicht mehr erforderlich ist. Die Spule ist so konstruiert,
daß sie die gesamte Oberfläche der Form gleichmäßig in Übereinstimmung mit der Formgestalt
und der Maskendicke aufheizt. Für die zu betrachtende Formmaske beträgt die Aufheizdauer
etwa 9 sec. und die Plastisolschicht wird auf eine Temperatur von etwa 1800 C gebracht.
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Während die Maske an dieser Stelle in einem üblichen Ofen gehärtet
werden kann, wird eine Induktionsbeheizung vorgezogen. Im innersten Teil des halbgelierten
Plastisol tritt
während der Aufheizung eine vorübergende Abnahme
der Viskosität auf, und wenn die Erwärmung zu langsam verläuft, kann ein teilweiss
Rückfluß entstehen, der Änderungen in der Dicke ergibt.
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Diese Schwierigkeit wird durch die rasche Hochfrequenz-Induktions
beheizung ausgeschaltet.
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Die Formen werden na-h dem Schmelzen der Plastisolschicht von der
Station F auf die Station G übertragen und dabei umgekehrt.
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An der Station G wird die umgekehrte Formmaske 26 mit Wasser besprüht,
damit sie abgeschreckt wird und damit ihre Temperatur so weit gesenkt wird, daß
die geschmolzene Plastisolschicht 35 eine genügende Festigkeit zur Vorbereitung
des Abstreifens erhalten kann. Wasser wird über die Leitungen 36 und 37 zugeführt
und das Wasser, das aus der Form abfließt, wird über eine Leitung 38 entfernt. Die
Form wird umgekehrt, damit ein Eintreten von Wasser in das Innere verhindert wird.
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Die Formmasken an-der Station G werden im Anschluß daran auf die Station
H übertragen, wobei sie weder in ihre ursprülugliche Stellung zurückgedreht werden.
An der Station H wird eine Form 27 von der Vinylmaske 39 abgestreift, z. B. in der
Weise, daß ein Bedienender das Ende der Vinylmaske erfaßt und sie aus der Formmaske
entfernt, wobei dieser Vorgang durch einen Luftstrom zwischen der Vinylmaske und
der Formmaske unterstützt wird.
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Die Formmasken aus der Station H werden dann in die Station A zurückgeführt,
damit der Vorgang wiederholt wird. Aufbau-Plastisol wird in den Behälter 11 über
eine Leitung 40 nach Bedarf eingespeist.
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Die Induktionsheizspule kann so ausgelegt sein, daß sie Enerqie von
10 bis 50 kW aufnimmt, und es können 15 bis 30 Spulen vorgesehen sein. Die Zeitdauer
beträgt üblicherweise in der Größenordnung von 0,5 bis 10 Sekunden und die Temperatur
der Formmaskenwandung bei der Stufe der Gelbildung kann auf etwa 660 C und vorzugsweise
auf etwa 94 bis 133O C und in der Schmelzstufe auf etwa 170 bis 2050 C angehoben
werden.
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1 Verbindung mit den Figuren 2 und 3 werden die Vorteile des n Verfahrens
gemäß der Erfindung klar. Diese Figuren geben nur das Prinzip an und zeigen nicht
notwendigerweise exakt jede geebene Situation. In Figo 2 sind die Änderungen der
Temperatur, die bei dem durch Induktionsbeheizung vorgenommenen slush molding-Verfahren
auftreten, mit denen verglichen, die bei einem Verfahren m5t Außenbeheizung, z.B.
mt einem Heißluftofen erhalten werden.
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Eine Kurve 51 zeigt de Geschwindigkeit der Temperaturänderungen nach
der Zeit, die an der Grenzfläche zwischen Plastisol und Metall der Formmaske in
dem erfindungemäßen Verfahren erhalten wird, die Kurve 52 zeigt in ähnlicher Weise
die entsprechenden Werte, die bei den üblichen Verfahren erhalten werden. Es läßt
sich erkennen, daß mit Hilfe der Induktionsheheizung die Aufheizung enorm rasch
vor sich geht und die Temperatur der Formmaskenwandung sehr rasch auf den Spitzcnwert
zunimmt und dann wieder sehr rasch abfällt. Die Energie für die Induktionsheizspule
kann natürlich heinahe augenblicklich, d. h0 innerhalb von Milisekunden, eine und
ausgeschaltet werden, wodurch eine sehr exakte Steuerung des Heizvoroanges möglich
ist.
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Bei der üblichen Aufheizung ist die Geschwindigkeit der Wärmezufuhr
wegen des Widerstandes gegen die Wärmeübertragung durch den stehenden Gasfilm auf
der Außenseite der Formwandung wesentlich geringer. Die Wärme muß von dem Heizmedium
in die Formmaske gelangen und wird nicht innerhalb der Formmaskenwandung erzeugt,
wie dies im Falle der Induktionsheizung zutrifft. Infolgedessen ist die Geschwindigkeit
des Temperaturanstieges in der Formmaskenwandung wesentlich geringer, was die Bestimmung
der Abschaltzeit sehr schwierig macht. Es ist somit üblich, wenn die Aufheizung
mit Hilfe eines Ofens durchgeführt wird, etwas über den optimalen Punkt hinaus zu
gehen, damit gewährleistet ist, daß alle Formen in einem Ofen und alle Teile einer
jeden Form auf eine ausreichend hohe Temperatur beheizt worden sind, so daß gewährleistet
ist, daß wenigstens eine minimale Dicke in der gelierten Schicht erhalten worden
isto Das Heizgas
weist eine Temperatur auf, die wesentlich her
ist als die, die von der Formmaskenwandung erreicht werden soll, damit die Heizperiode
so kurz wie möglich wird. Dies bedeutet, daß dann, wenn ein geringer Fehler in der
Bewegung der Formmaske in den Ofen und aus dem Ofen auftritt, über das Ziel hinausgegangen
wird, wie dies durch eine gestrichelte Linie 52a gezeigt ist, die die Fortsetzung
der Linie 52 darstellt. Damit wird die Spitzentemperatur, auf die die Formwandung
aufgeheizt wird, höher als die, die bei der lnduktionsbeheizung erhalten wird. Wie
in Verbindung mit Fig. 3 erläutert, ist der Kühleffekt durch das Plastisol innerhalb
der Form geringer, weil die Masse des Plastisols auf eine höhere Temperatur aufgeheizt
wird. Die Gewschwindigkeit der Abkühlung, die durch die Linie 52b angezigt wird,
ist geringer, wodurch mehr Wärme in das -Plastisol eindringen kann.
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Figur 3 zeigt das Temperaturprofil durch einenQuerschnitt der Formmaskenwandung
und der Plastisolschicht zu verschiedenen Zeiten während dss Aufheizens und Abkühlens.
Die drei verschiedenen Querschnittansichten links in der Zeichnung geben durch Temperaturprofilkurven
61, 62, und 63 die Temperaturen an, die in den verschiedenen Schichten bei dem erfindungsgemäßen
Induktionsheizverfahren zu erwarten sind0 Wie dargestellt, gibt das Bezugszeichen
64 die elektromagnetische Nickelschicht, 65 die Kuperschicht und 66 die gelierte
Plastisolschicht an.
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Auf der rechten Seite der Fig. 3 zeigen Temperaturprofilkurven 71,72
und 73 das Temperaturprofil, das bei einer äußeren Heißluftheizung erhalten wird.
Die Formwandung 75 und eine gelierte Plastisolschicht 76 sind im Schnitt gezeigt.
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Betrachtet man den oberen Teil der Fig. 3 zu der Zeit, zu der die
Erwärmung eingestellt worden ist, so hat sich im Falle der Induktionsbeheizung die
Nickelschicht auf die höchste Temperatur aufgeheizt und Wärme fließt nach rechts,
wobei die Temperatur, wie dargestellt, abnimmt, bis sie die Grenzfläche zwischen
Plastisol und Formwand erreicht, wo ein relativ hoher Widerstand
gegen
die Wärmeübertragung auf das Plastisol vorhanden ist, wodurch der scharfe Knick
im Kurvenverlauf sich erklärt. Trotzdem ist die Temperatur der Formwandung an der
Grenzfläche verhältnismäßig hoch, so daß die antreibende Kraft zur Übertragung der
Wärme verhältnismäßig groß ist. Im Falle einer äußeren Beheizung, wie durch die
Linie 71 angegeben, muß die Temperatur des äußeren, umgebenden Gases ziemlich hoch
sein. Da an der Grenzfläche zwischen Formwandung und Gas ein Widerstand gegen Wärmeübertragung
auftritt und die Temperatur auf der Außenseite der Formmaske wesentlich hinter der
Heizgastemperatur nacheilt, wird der Wärmestrom von dem Widerstand beeinflußt, der
durch die Formwandung entsteht, und das Temperaturprofil fällt, bis es die Grenzfläche
zwischen Plastisol und Formwandung ereicht hat. An dieser Grenzfläche ist ein Temperaturabfall
über einen kurzen Abstand vorhanden, und dann fällt der Temperaturgradient allmählicher
in die Masse des Plastisols. Das Innere der Masse des Plastisols ist auf einer höheren
Temperatur dargestellt als im Falle der Induktionsheizung, weil die Formmaske der
erhöhten Temperatur über eine Zeitdauer ausgesetzt worden ist, die wenigstens das
Einhundertfache beträgt, so daß die Wärme eine wesentlich größere Zeitdauer lang
in die Plastisolmasse eingeführt worden ist.
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Bei dem mittleren Abschnitt nach Fig. 3 sind die Temperaturprofilkurven
62 und 72 kurze Zeit nach der Aufheizperiode, z. B.
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10 Sekunden später, dargestellt. Wie durch die Kurve 62 gezeigt,ist
die Temperaturabnahme in der Metallwandung im Falle der Induktionsbeheizung wesentlich
größer, uoz. weitgehend aufgrund der Tatsache, daß ein Abkühleffekt der nicht gelierten
Schicht des Plastisols auftritt, während dieser Effekt im Falle der äußeren Heizung
nicht so groß ist, wie durch die Kurve 72 angedeutet. Weil die Abkühlgeschwindigkeit
der Formim Falle der äußeren Aufheizung geringer ist, taucht der Inhalt der Form
weiter ein, so daß die Temperatur der Masse des nicht gelierten Plastisols auf einen
höheren Wert ansteigt als bei der InduktionsaufheizungO
Die untere
Darstellung nach Fig. 3 zeigt die Relativstellungen der beiden Temperaturprofile
63 und 73 zu einem bestimmten Zeitpunkt, z. Bo 20 Sekunden nach dem Entfernen aus
der Wärmequelle.
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Es ist ein weiterer Anstieg der Temperatur der Masse des nicht gelierten
Plastsols zu verzeichnen, er ist jedoch im Falle der Induktionsbeheizung wesentlich
kleiner Es kann unterstellt werden, daß die allmählichere Neigung des Profiles durch
die gegelten und nicht gegelten Plastisolschichten im Falle der äußeren Aufheizung
in höherem Maße ein teilweise gegeltes Material ergibt, das Nachteile besitzt, wie
weiter oben ausgeführt wurde. Die gegelte Schicht ist üblicherweise wesentlich weniger
gleichförmig bei der äußeren Beheizung und der Plastisolverbrauch je Stück wesentlich
höher.