DE19755725A1 - Drehbewegliche Kunststoffrollen - Google Patents
Drehbewegliche KunststoffrollenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von drehbeweglichen
Kunststoffrollen aus einer Achse, einer äußeren Laufrollenschicht und einer
inneren Laufrollenschicht.
Kunststoffrollen jeglicher Art, insbesondere solche mit einer Metallwelle als Achse,
werden üblicherweise hergestellt, indem eine separat gefertigte Kunststoffrolle auf
eine Achse aufmontiert wird. Damit die Kunststoffrolle nach der Montage nicht von
der Achse rutscht, muß sie entweder einen Hinterschnitt, beispielsweise einen
ringförmigen Wulst, der in eine ringförmige Vertiefung auf der Achse greift,
aufweisen oder durch seitlich angebrachte Scheiben gesichert werden.
Ein wesentlicher Nachteil dieser Verfahren besteht darin, daß die Montage der
Kunststoffrolle zeitaufwendig und oft auch personenaufwendig ist. Außerdem
müssen die Hinterschnitte so gefertigt sein, daß die Montage der Kunststoffrolle auf
die Achse noch bewerkstelligt werden kann. Dies führt in der Regel zu einem zu
großen Spiel zwischen der Kunststoffrolle und der Achse, was einen ungenauen
Lauf, Laufgeräusche oder stärkeren Verschleiß bewirken kann. Wird die
Kunststoffrolle durch seitliche Scheiben abgesichert, so werden weitere
Montagearbeiten erforderlich und es entstehen zusätzliche Materialkosten.
Es bestand nun die Aufgabe, ein wirtschaftlicheres und umweltfreundliches
Verfahren zur Herstellung von drehbeweglichen Kunststoffrollen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung von
drehbeweglichen Kunststoffrollen aus einer Rollenwelle (= Achse der
Kunststoffrolle), einer äußeren Laufrollenschicht und einer inneren
Laufrollenschicht gelöst, in dem zwischen der äußeren Laufrollenschicht und der
Rollenwelle aus einem thermoplastischen Kunststoff die innere Laufrollenschicht
gefertigt wird, wobei sich die innere Laufrollenschicht fest mit der Rollenwelle
verbindet und zwischen der inneren Laufrollenschicht und der äußeren
Laufrollenschicht ein Gleitspalt entsteht.
Bei diesem Verfahren wird von der gewöhnlich als Nachteil empfundenen
Eigenschaft thermoplastischer Kunststoffe Gebrauch gemacht, daß diese beim
Abkühlen aus der Schmelze eine mehr oder weniger starke Volumenkontraktion
(=Schwindung) vollziehen. Gemäß der Erfindung wird diese oft nicht erwünschte
Eigenschaft zunutze gemacht, indem man bei der Fertigung einer Kunststoffrolle
den Hohlraum zwischen der Rollenwelle und der äußeren Laufrollenschicht mit der
Schmelze eines thermoplastischen Kunststoffs füllt. Beim Abkühlen schwindet der
thermoplastische Kunststoff aufgrund der Volumenkontraktion auf die Rollenwelle
auf und ist somit fest mit dieser verbunden. Gleichzeitig schwindet der Kunststoff
von der äußeren Laufrollenschicht weg, wodurch ein Gleitspalt entsteht und die
äußere Laufrollenschicht drehbeweglich um die innere Laufrollenschicht wird.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß weder ein
nachträglicher Montageschritt, noch eine Absicherung der Kunststoffrolle durch
zusätzliche Bauteile erforderlich wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einfachster Weise derart ausgeführt
werden, daß man in einem Spritzgußwerkzeug, im folgenden kurz Werkzeug
genannt, die Rollenwelle und die äußere Laufrollenschicht vorlegt und in den
verbleibenden Hohlraum zwischen der Rollenwelle und der äußeren
Laufrollenschicht den thermoplastischen Kunststoff spritzt.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren jedoch im
Mehrkomponentenspritzgußverfahren ausgeführt, indem nur die Rollenwelle im
Werkzeug vorgelegt wird und sowohl die äußere als auch die innere
Laufrollenschicht per Spritzguß im Werkzeug gefertigt werden. Dazu führt man um
die Rollenwelle herum einen Werkzeugkern, auch Schieber genannt, in das
Werkzeug ein, so daß ein Hohlraum in Form der zu fertigenden äußeren
Laufrollenschicht verbleibt, in den dann ein Kunststoff gespritzt wird. Nachdem
dieser ausreichend ausgehärtet ist, wird der Schieber entfernt, d. h. geöffnet, und in
den so entstehenden Hohlraum um die Rollenwelle herum ein thermoplastischer
Kunststoff gespritzt. Dieser schwindet dann wie beschrieben beim Abkühlen auf die
Rollenwelle auf und von der äußeren Laufrollenschicht weg.
Um insbesondere bei Kunststoffrollen mit metallener Rollenwelle die Laufgeräusche
zu dämpfen, ist es angebracht, die Rollenwelle mit einem thermoplastischen
Elastomeren zu ummanteln. Dies kann einerseits dadurch geschehen, daß man
bereits eine entsprechende Ummantelung auf der Rollenwelle anbringt, bevor man
sie im Werkzeug umspritzt. Andererseits ist es aber auch möglich, die Dimensionen
des Schiebers so zu wählen, daß auch zwischen dem Schieber, der im Prinzip die
Form eines Zylindermantels hat, und der Rollenwelle ein Hohlraum verbleibt, in den
das thermoplastische Elastomer gespritzt werden kann. Beim Abkühlen schwindet
dieser dann auf die Rollenwelle auf und sorgt somit für einen festen Halt. Nach dem
Öffnen des Schiebers wird dann der thermoplastische Kunststoff in den
verbleibenden Hohlraum zwischen der äußeren Laufrollenschicht und der
Ummantelung aus dem thermoplastischen Elastomeren gespritzt. Der
thermoplastische Kunststoff schwindet dann auf die Schicht aus dem
thermoplastischen Elastomeren auf. Vorzugsweise werden der thermoplastische
Kunststoff und das thermoplastische Elastomer so gewählt, daß diese beiden
Kunststoffe an ihrer Grenzfläche eine chemische oder physikalische Bindung
miteinander eingehen.
Nach dem erfindungsgemäßen Mehrkomponentenspritzgußverfahren können
drehbewegliche Kunststoffrollen hergestellt werden, die aus beliebig vielen
Schichten aufgebaut sind. Mindestens jedoch müssen zwei Schichten vorhanden
sein, die äußere Laufrollenschicht und die innere Laufrollenschicht. Bei der
Herstellung von Kunststoffrollen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist
außerdem darauf zu achten, daß eine gute Haftung zwischen der Rollenwelle und
der inneren Laufrollenschicht entsteht und daß die Materialien, aus denen die
äußere und die innere Laufrollenschicht sind, keine Verbindung miteinander
eingehen.
Die Rollenwelle und die äußere Laufrollenschicht können im allgemeinen aus einem
Kunststoffmaterial, beispielsweise aus einem Duroplasten oder einem verstärkten
oder teilkristallinen Thermoplasten, oder aus einem metallischen Material bestehen.
Bevorzugt ist die Rollenwelle aus Stahl, für die äußere Laufrollenschicht sind
insbesondere gleitmodifizierte Kunststoffe, beispielsweise gleitmodifizierte
Polyacetale, Polyester oder Polyamide, geeignet. Unter gleitmodifizierten
Kunststoffen versteht man dabei solche Kunststoffe, die Gleitmittel, d. h. Zusätze zur
Verbesserung der Gleit- und Trockenlaufeigenschaften enthalten. Geeignete
Zusätze sind für alle Kunststoffe allgemein bekannt.
Als thermoplastischer Kunststoff für die Herstellung der inneren Laufrollenschicht
sind prinzipiell alle bekannten thermoplastischen Kunststoffe, beispielsweise
Polyacetale, z. B. Polyoxmethylen (POM), Polyester, z. B. Polyethylenterephthalat
(PET) oder Polybutylenterephthalat (PBT), Polyamide (PA), insbesondere PA 6, PA
46 oder PA 66, Polycarbonate (PC), Polyvinylchlorid (PVC) oder Polyolefine, z. B.
Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) geeignet. Diese Kunststoffe sollten beim
Abkühlen aus der Schmelze eine Volumenkontraktion von 0,1 bis 5%, bevorzugt
von 0,3 bis 3,5% und besonders bevorzugt von 0,5 bis 2,5% aufweisen. Außerdem
können sie für Thermoplaste übliche Additive sowie Füll- und Verstärkungsstoffe
beinhalten. Je nach Größe der zu fertigenden Kunstoffrollen ist der
thermoplastische Kunststoff beispielsweise durch die Zugabe von Füll- oder
Verstärkungsstoffen oder durch die Auswahl eines Comonomeren oder eines
Blendpartners derart zu optimieren; daß der durch die Schwindung entstehende
Gleitspalt weder zu groß noch zu eng wird.
Thermoplastische Elastomere (TPE) sind beispielsweise unter den Bezeichnungen
TPE-O (Polyolefin-Elastomere), TPE-E (Polyetherester-Elastomere), TPE-U
(Polyurethan-Elastomere), TPE-A (Polyetheramid-Elastomere) und TPE-S (Styrol-
Elastomere) bekannt. Zu den TPE-O zählen beispielsweise Blends oder
Copolymere aus Polypropylen und Ethylen-Propylen-Copolymeren und zu den TPE-
S zählen u. a. Copolymere oder Blends aus Styrol und Stybol-Butadien-
Copolymeren, ggf. mit zusätzlichen Olefineinheiten, beispielsweise sogenannte
SBS- und SEBS-Typen. Die thermoplastischen Elastomere können ebenfalls übliche
Additive enthalten. Anstelle der TPE ist prinzipiell auch die Verwendung von
Kautschuken geeignet, sofern sich diese entsprechend der Erfindung verarbeiten
lassen.
Aufgrund der guten Haftung zueinander sind besonders folgende Kombinationen
von thermoplastischen Elastomeren oder Kautschuken mit thermoplastischen
Kunststoffen (für die innere Laufrollenschicht) geeignet: Styrol-Elastomere mit PP,
PA, PC, PET oder PBT, Polyolefin-Elastomere mit PP oder PA, Polyamid-
Elastomere mit PA, Polyurethan-Elastomere mit PA, ABS, POM, PC, PET, PBT oder
PVC, Polyester-Elastomere mit PA, PET oder PBT, Nitrilkautschuk mit PA, POM,
PET oder PBT und Silikonkautschuk mit PET oder PBT, wobei die Kautschuke
vorzugsweise zusätzlich haftmodifiziert sind.
Grundsätzlich ist es von Vorteil, verschiedene Kunststofftypen miteinander zu
kombinieren, um gute Gleiteigenschaften zu bekommen. Bevorzugte Kombinationen
sind POM mit PBT und POM mit PA, wobei POM bevorzugt für die äußere
Laufrollenschicht und PBT oder PA vorzugsweise für die innere Laufrollenschicht
eingesetzt wird. Andere Kombinationen können aber durchaus genauso gut
geeignet sein.
Prinzipiell kann die Rollenwelle einfach nur eine glatte Oberfläche aufweisen. Zur
Verbesserung der Haftung zwischen der Rollenwelle und der inneren
Laufrollenschicht bzw. der elastomeren Ummantelung ist es jedoch vorteilhaft, die
Oberfläche der Rollenwelle aufzurauhen oder mit Vertiefungen und/oder
Erhebungen zu versehen, die ein Verrutschen der sie umgebenden
Kunststoffschicht verhindern. Die Vertiefungen können beispielsweise axiale,
radiale oder spiralförmige Kerben aber auch regelmäßige oder unregelmäßige
lokale Vertiefungen sein, die Erhebungen können entsprechend die Form von
axialen, radialen oder spiralförmigen Nuten oder Stegen aufweisen oder beliebige
regelmäßige oder unregelmäßige lokale Erhebungen darstellen.
Die axialen Sicherung zwischen der äußeren und der inneren Laufrollenschicht wird
durch die Formgebung der äußeren Laufrollenschicht bewirkt. Wird die äußere
Laufrollenschicht bereits fertig im Werkzeug vorgelegt, so kann sie beispielsweise
auf der der inneren Laufrollenschicht zugewandten Seite einen oder mehrere radial
angeordnete ringförmige Wulste oder Stege oder einen gekrümmten Querschnitt
aufweisen. In jedem Fall paßt sich die anschließend gespritzte innere
Laufrollenschicht dieser Form an und sorgt damit für einen paßgenauen Sitz
zwischen innerer und äußerer Laufrollenschicht. Wird die äußere Laufrollenschicht
erst im Werkzeug gefertigt, ist es möglich, zwei einander gegenüberliegende
Schieber zu verwenden, deren Stirnseiten sich im geschlosenen Zustand berühren.
Werden die Stirnseiten auf ihrem äußeren Radius verjüngt, beispielsweise durch
eine Abschrägung oder eine ähnliche Formgebung, so entsteht beim Spritzgießen
der äußeren Laufrollenschicht ein ringförmiger Wulst. Man kann die Schieber auch
auf einem Teil oder der gesamten in das Werkzeug einfahrenden Länge zu ihrer
Stirnseite hin verjüngen, wodurch die Innenfläche der äußeren Laufrollenschicht
einen gekrümmten Querschnitt erhält. Beim Spritzgießen der inneren
Laufrollenschicht paßt sich diese in ihrer Form jedenfalls der Form der äußeren
Laufrollenschicht an, wodurch bei freier Drehbarkeit ein paßgenauer Sitz zwischen
innerer und äußerer Laufrollenschicht erreicht wird.
Die Form der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kunststoffrolle
an sich richtet sich nach dem gewünschten Design. Die Kunststoffrolle kann
beispielsweise zylindrisch gestaltet-sein. Es ist aber auch leicht möglich, die äußere
Form der äußeren Laufrollenschicht kugelig oder beliebig anders zu gestalten.
Die erfindungsgemäß hergestellten Kunststoffrollen können allgemein als Laufrollen
für auf Rollen zu bewegende Gegenstände verwendet werden. Beispiele für
derartige Verwendungen sind Möbel wie Schreibtischstühle, Computertische, Akten-
oder Servierwägen, Rollcontainer, Koffer sowie Einkaufs- und Gepäckroller.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele 1 und 2 sowie der
Fig. 1 bis 8 näher erläutert.
Herstellung einer Kunststoffrolle bestehend aus einer
Rollenwelle, einer äußeren Laufrollenschicht und einer inneren Laufrollenschicht.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine zylinderförmige Kavität in einem
Spritzgußwerkzeug, in der eine Rollenwelle 1 in der Achse der zu fertigenden
Kunststoffrolle vorgelegt ist. Zwei einander gegenüberliegend um die Rollenwelle 1
herum angeordnete Schieber 4, die die Form von Zylindermänteln haben und deren
äußere Stirnflächenränder konkav verjüngt sind, sind geschlossen, so daß sich ihre
Stirnflächen berühren und in der Kavität dort, wo die äußere Laufrollenschicht
entstehen soll, ein äußerer Hohlraum 3a verbleibt. In diesen wird in einem ersten
Verfahrensschritt ein gleitmodifizierter Kunststoff 3b gespritzt.
Fig. 2 zeigt die Kavität mit der erhärteten äußeren Laufrollenschicht 3 und den
geöffneten Schiebern 4. Zwischen der Rollenwelle 1 und der äußeren
Laufrollenschicht 3 befindet sich ein innerer Hohlraum 2a dort, wo die innere
Laufrollenschicht entstehen soll. In diesen wird in einem zweiten Verfahrensschritt
ein thermoplastischer Kunststoff 2b gespritzt.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch das aus dem Werkzeug entnommene
Spritzgußteil, bestehend aus einer Rollenwelle 1, einer inneren Laufrollenschicht 2
und einer äußeren Laufrollenschicht 3. Zwischen der Rollenwelle 1 und der inneren
Laufrollenschicht 2 besteht eine feste Haftung. Die äußere Laufrollenschicht 3 ist
bei stabilem axialen Sitz über einen Gleitspalt 6 um die innere Laufrollenschicht 2
leicht drehbeweglich.
Fig. 4 zeigt das Spritzgußteil, d. h. die Kunststoffrolle perspektivisch.
Herstellung einer Kunststoffrolle bestehend aus einer
äußeren Laufrollenschicht, einer inneren Laufrollenschicht sowie einer Rollenwelle
mit elastomerer Ummantelung.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine zylinderförmige Kavität in einem
Spritzgußwerkzeug, in der eine Rollenwelle 1 in der Achse der zu fertigenden
Kunststoffrolle vorgelegt ist. Zwei einander gegenüberliegend um die Rollenwelle 1
herum angeordnete Schieber 4, die die Form von Zylindermänteln haben und deren
innere und äußere Stirnflächenränder konkav verjüngt sind, sind geschlossen, so
daß sich ihre Stirnflächen berühren und im Werkzeug dort, wo die äußere
Laufrollenschicht entstehen soll, ein äußerer Hohlraum 3a sowie zwischen den
Schiebern 4 und der Rollenwelle 1 dort, wo die elastomere Ummantelung der
Rollenwelle 1 entstehen soll, ein innerer Hohlraum 5a verbleibt. In einem ersten
Verfahrensschritt wird in den äußeren Hohlraum 3a ein gleitmodifizierter Kunststoff
3b und in den inneren Hohlraum 5a ein thermoplastisches Elastomer 5b gespritzt.
Fig. 6 zeigt die Kavität mit der verfestigten elastomeren Ummantelung 5, der
erhärteten äußeren Laufrollenschicht 3 und den geöffneten Schiebern 4. Zwischen
der elastomeren Ummantelung 5 und der äußeren Laufrollenschicht 3 befindet sich
ein mittlerer Hohlraum 2a dort, wo die innere Laufrollenschicht entstehen soll. In
diesen wird in einem weiteren Verfahrensschritt ein thermoplastischer Kunststoff 2b
gespritzt.
Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch das aus dem Werkzeug entnommene
Spritzgußteil, bestehend aus einer Rollenwelle 1, einer elastomeren Ummantelung
5, einer inneren Laufrollenschicht 2 und einer äußeren Laufrollenschicht 3.
Zwischen der Rollenwelle 1, der elastomeren Ummantelung 5 und der inneren
Laufrollenschicht 2 besteht eine feste Haftung. Die äußere Laufrollenschicht 3 ist
bei stabilem axialen Sitz über einen Gleitspalt 6 um die innere Laufrollenschicht 2
leicht drehbeweglich.
Fig. 8 zeigt das Spritzgußteil, d. h. die Kunststoffrolle perspektivisch.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung von drehbeweglichen Kunststoffrollen aus einer
Rollenwelle (1), einer äußeren Laufrollenschicht (3) und einer inneren
Laufrollenschicht (2), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der äußeren
Laufrollenschicht (3) und der Rollenwelle (1) aus einem thermoplastischen
Kunststoff (2b) die innere Laufrollenschicht (2) gefertigt wird, wobei sich die innere
Laufrollenschicht (2) fest mit der Rollenwelle (1) verbindet und zwischen der inneren
Laufrollenschicht (2) und der äußeren Laufrollenschicht (3) ein Gleitspalt (6)
entsteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenwelle
(1) und die äußere Laufrollenschicht (3) aus einem Kunststoffmaterial oder einem
metallischen Material bestehen, wobei die Rollenwelle (1) und die äußere
Laufrollenschicht (3) unabhängig voneinander aus dem gleichen Material oder aus
unterschiedlichem Material bestehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere
Laufrollenschicht (3) aus einem gleitmodifizierten Kunststoff (3b), vorzugsweise aus
gleitmodifiziertem Polyacetal besteht.
4 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der thermoplastische Kunststoff (2b), aus dem die innere Laufrollenschicht (2)
gefertigt wird, ein Polyacetal, vorzugsweise Polyoxymethylen, ein Polyester,
vorzugsweise Polybutylenterephthalat, oder ein Polyamid ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rollenwelle (1) zusätzlich von einem thermoplastischen Elastomer (5b)
ummantelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die äußere Laufrollenschicht (3) aus einem gleitmodifizierten Kunststoff (3b) ist und
die äußere Laufrollenschicht (3) sowie die innere Laufrollenschicht (2) in einem
Werkzeug im Mehrkomponentenspritzgußverfahren gefertigt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Werkzeug die
Rollenwelle (1) in der Achse der zu fertigenden Kunststoffrolle vorgelegt wird, zwei
zylindrische Schieber (4), die einander gegenüberliegend um die Rollenwelle (1)
herum angeordnet sind, geschlossen werden, so daß im Werkzeug ein äußerer
Hohlraum (3a) verbleibt, in den die äußere Laufrollenschicht (3) gespritzt wird,
wonach die Schieber (4) geöffnet werden und in den so entstehenden inneren
Hohlraum (2a) die innere Laufrollenschicht (2) gespritzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei
geschlossenen Schiebern (4) zwischen diesen und der Rollenwelle (1) ein weiterer
Hohlraum (5a) verbleibt, in den aus einem thermoplastischen Elastomer (5b) eine
Ummantelung (5) um die Rollenwelle (1) gespritzt wird bevor die innere
Laufrollenschicht (2) gefertigt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rollenwelle (1) Vertiefungen und/oder Erhebungen
aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß durch die Formgebung der Schieber (4) die der inneren
Laufrollenschicht (2) zugewandte Fläche der äußeren Laufrollenschicht (3) einen
ringförmigen Wulst oder eine Krümmung aufweist.
11. Verwendung von Kunststoffrollen, hergestellt nach einem der vorgenannten
Verfahren, als Laufrollen für Schreibtischstühle, Computertische, Aktenwägen,
Servierwägen, Rollcontainer, Koffer, Einkaufsroller und Gepäckroller.
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