DE19905812C2

DE19905812C2 - Verfahren zur mechanischen, spanbildenden Bearbeitung von Werkstücken aus elastischem Schaumkunststoff

Info

Publication number: DE19905812C2
Application number: DE1999105812
Authority: DE
Inventors: Erika Schloegel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2019-02-13
Also published as: DE19905812A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mechanischen, spanbildenden Bearbeitung von Werkstücken aus elastischem Schaumstoff.

Unter elastischem Schaumstoff sind auch Weichschaumkunststoffe zu verstehen. Weiterhin werden von diesem Begriff erfaßt offenporige und geschlossenporige Schaumstoffe.

Die mechanische, spanbildende Bearbeitung derartiger Schaumkunststoffe bereitet Schwierigkeiten, da in Folge der elastischen Gerüstsubstanz der Schaumstoffe diese vom Fräser weggedrückt werden, unkontrolliert ausreißen und sich gegebenenfalls um das Werkzeug wickeln. Das Weichschaumfräsen kann nur in engen Vorschub- und Spindeldrehzahlbereichen durchgeführt werden. Meist kann das Fräsen nicht automatisch gesteuert werden, so daß es erforderlich ist, Vorschub- und Spindeldrehzahl von Hand einzustellen. Die herkömmliche Bearbeitung erfolgt oftmals im Negativ-Positivverfahren, indem eine Negativaufnahme hergestellt wird, in die dann das Werkstück eingelegt und fixiert wird, um sodann die Rückfläche des Werkstücks zu fräsen.

Zum Zermahlen von zähelastischen Materialien, wie Kautschuk oder Kunststoff, ist es bekannt, das Mahlgut vor dem Eintritt in die Mühle mit flüssigem Stickstoff in Kontakt zu bringen. Hierdurch versprödet das Mahlgut und kann zu feinem rieselfähigen Pulver zerkleinert werden.

Aus der DE 25 38 575 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Schaumstoff bekannt, bei dem der Schaumstoff zunächst einer Tiefkühlung unterworfen wird und dann im gekühlten Zustand eine mechanische Bearbeitung vorgenommen wird. Da die Schaumstoffe bei tieferen Temperaturen vorübergehend verspröden, kann so eine erleichterte Bearbeitung vorgenommen werden.

Aus der DE 43 26 518 A1 ist ferner ein Verfahren zur spanenden oder schneidenden Bearbeitung von Werkstücken aus Kunststoff bekannt, bei dem während des Bearbeitungsvorgangs durch Zufuhr eines Kühlmittelstrahls zur Bearbeitungsstelle gekühlt wird. Der Kühlmittelstrahl besteht aus einem inerten Medium oder einer Mischung solcher Medien, der eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur aufweist. Der Kühlmittelstrahl ist nicht ausschließlich aus kaltem Gas gebildet, sondern weist neben der Gasphase auch die flüssige und/oder feste Phase eines Mediums auf.

Es besteht die Aufgabe, das Verfahren so auszubilden, daß eine mechanische, spanbildende Bearbeitung der Werkstücke in beliebiger dreidimensionaler Form zeit- und kostengünstig möglich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ausführungsbeispiele des Verfahrens werden nachfolgend erläutert.

Als erstes wird das in den Poren des Schaumstoffs enthaltene Gas entfernt. Im Regelfall handelt es sich bei diesem Gas um Luft. Hierzu wird das Werkstück in eine Kammer eingebracht, in der ein Unterdruck erzeugt wird. Alternativ dazu ist es möglich, das Werkstück zu walzen. In beiden Fällen platzen hierbei vorhandene geschlossene Poren.

In die Kammer wird nunmehr flüssiges Kohlendioxid eingebracht, womit die Poren des Schaumstoffs zumindest zum Teil gefüllt werden. Mit dem Einbringen des flüssigen Kohlendioxids in die Kammer findet in dieser ein Druckanstieg statt. Durch Druckminderung, beispielsweise bis auf Atmosphärendruck vergast das flüssige Kohlendioxid so rasch, daß durch die Verdunstungskälte die restliche Flüssigkeit auf -80°C abgekühlt wird, womit diese restliche Flüssigkeit in Festform übergeht, das heißt Kohlensäureschnee bildet. Dieser Schnee geht dann direkt in Gasform über.

Die Schmelztemperatur von Kohlendioxid beträgt -57°C, seine Sublimationstemperatur -78°C.

Je nach Art des Kunststoffs, aus dem das Werkstück besteht, kann eine mechanische Bearbeitung des Werkstücks stattfinden, sobald in Folge der Temperaturabsenkung der Sprödigkeitspunkt des Kunststoffs unterschritten wird. Bei Kunststoffmaterialien, bei denen dies bei -80°C noch nicht der Fall ist, ist eine mechanische Bearbeitung des Werkstücks ebenfalls möglich, da das Kohlendioxid durch Gefrieren in den festen Aggregatzustand übergeht.

Handelt es sich zum Beispiel bei dem Schaumstoff um Polypropylen, tritt eine Versprödung bereits bei geringen Minustemperaturen auf. Bei Polyamid findet eine Versprödung im Regelfall bei unter -40°C statt. Sprödigkeit tritt auf, wenn der Sprödigkeitspunkt unterschritten wird und das Kunststoffmaterial anstelle einer plastischen oder elastischen Deformierbarkeit zerbricht.

Es genügt, wenn nur die zu bearbeitenden Bereiche des Werkstücks mit flüssigem Kohlendioxid getränkt werden, vorausgesetzt, bei der späteren mechanischen Bearbeitung ist dieser getränkte Bereich ausreichend mechanisch abgestützt.

Anstelle von flüssigem Kohlendioxid kann auch verflüssigter Stickstoff oder verflüssigte Luft verwendet werden. Die Siedetemperaturen liegen hierbei bei -196°C bzw. bei -191°C. Bei Verwendung dieser Flüssigkeiten findet stets eine Versprödung statt. Die Sublimationseffekte in Folge der hohen Sublimationsenthalpie wie bei Kohlendioxid treten hierbei nicht auf.

In einer weiteren Verfahrensvariante werden die Poren des Schaumstoffs mit Wasser gefüllt. Dies kann auch dadurch erfolgen, daß Wasserdampf in die Kammer eingeblasen wird, der sich in den Poren des Schaumstoffs niederschlägt. Anschließend wird das Werkstück schockgefroren. Das in den Poren enthaltene Wasser vereist, so daß das Werkstück vergleichbar einem Eisblock bearbeitet werden kann.

Unter elastischem Schaumstoff sind Weichschaumkunststoffe als auch elastische Schaumkunststoffe zu verstehen.

Bei der Bearbeitung des Werkstücks ist es möglich, das Werkzeug zu kühlen, was jedoch im Regelfall wegen der hohen Isolationswirkung des Schaumstoffs nicht erforderlich ist.

Claims

1. Verfahren zur mechanischen spanbildenden Bearbeitung von Werkstücken aus elastischem Schaumstoff, bestehend aus folgenden Verfahrensschritten:

a) mindestens teilweises Entfernen des in den Poren des Schaumstoffs enthaltenen Gases,
b) mindestens teilweises Füllen der Poren mit einer Flüssigkeit
c) Abkühlen des Werkstücks durch externe Wärmeabfuhr auf eine Temperatur, bei der die Flüssigkeit mindestens in dem zu bearbeitenden Bereich des Werkstücks einen im wesentlichen festen Aggregatzustand aufweist und
d) Bearbeiten des Werkstücks.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkühlen auf eine Temperatur erfolgt, bei welcher die Gerüstsubstanz des Schaumstoffs zumindest teilweise versprödet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Entfernen des Gases aus den Poren das Werkstück einem Unterdruck ausgesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Poren Wasser in Form von Wasserdampf eingebracht und danach das Werkstück auf Minustemperaturen abgekühlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkühlen durch Schockgefrieren erfolgt.