DE2119321A1 - Körper aus formschlüssig verbundener, profilierter und ebener Folie aus thermoplastischem Kunststoff sowie Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung - Google Patents

Körper aus formschlüssig verbundener, profilierter und ebener Folie aus thermoplastischem Kunststoff sowie Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung

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Peter Dr.-Ing. 6000 Frankfurt; Krußig Karl-Heinz; 6234 Hattersheim; Lohmann Jörg Dipl.-Ing. 4600 Dortmund; Zimmermann Josef 6231 Niederhofheim Gumm
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Farbwerke Hoechst AG, vormals Meister Lucius & Brüning, 6000 Frankfurt
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Description

FARBWERKE HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT
vormals Meister Lucius & Brüning
Patentanmeldung: - HOE 71/F101 und H
Datum: 20. April 1971 - DPh.HS/sch
Körper aus formschlüssig verbundener, profilierter und ebener Folie aus thermoplastischem Kunststoff sowie Verfahren und Vorrichtung zn deren Herstellung
Gegenstand der Erfindung sind Körper aus formschlüssig verbundener, profilierter und ebener Folie aus thermoplastischem Kunststoff sowie Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung.
Durch die Verbindung zwischen profilierter und ebener Folie an mehreren Stellen ihrer Berührungsflächen ergibt sich ein Verbundkörper mit hohem Trägheitsmoment und dementsprechender Biegesteifigkeit.
Bekannt sind Körper aus profilierten und ebenen Folien, bei denen die Profile unterschiedliche Gestalt haben - beispielsweise dreieckige, trapez- oder sinusförmige, spundwandähnliche und dergleichen - die in größerem Umfang zum Beispiel in Wärmetauschern und in Waschtürmen verwendet werden. Bei den bekannten Körpern werden die Verbindungen zwischen den Folien entweder durch Kleben, Schweißen oder Nieten hergestellt.
Das Kleben ist nachteilig, da das Aufbringen des Klebstoffs umständlich, die Abbindezeit nur geringe Fertigungsgeschwindigkeiten erlaubt und der apparative Aufwand erheblich ist. Ferner ist nachteilig, daß solche Klebestellen oft nicht lösungsmittelfest sind.
Das Herstellen von Körpern aus thermoplastischen Folien durch Heizelementschweißen ist nachteilig, da die Fertigungsgeschwindigkeit en im wesentlichen durch die erforderlichen Aufheiz- und Abkühlzeit begrenzt werden. Das Hochfrequenzschweißen ist nur
209845/0302
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bei Thermoplasten mit hohem dielektrischen Verlustfaktor möglich und die hierfür erforderlche Apparatur aufwendig.
Bei Nietverbindungen ist nachteilig, daß außer zusätzlichen Verbindungselementen - den Nieten - eine präzise Lochung der zu verbindenden Teile und umständliches Einfädeln der einzelnen Nieten zeitaufwendig ist. Eine zuverlässige Dichtheit der genieteten Verbindungen ist nur insoweit gewährleistet, als nicht nach Beendigung des Nietens Fließvorgänge im Bereich der Nietverbindungen die Festigkeit und Dichtheit beeinträchtigen.
ψ Die Nachteile der genannten Verfahren führen dazu, daß nur verhältnismäßig kleinflächige Körper hergestellt werden.
Die obenangeführten Nachteile lassen sich dadurch vermeiden, daß man Körper aus thermoplastischen Folien durch formschlüssige Verbindungen herstellt.
Es wurde ein Körper aus formschlüssig verbundener, profilierter und ebener Folie aus thermoplastischem Kunststoff gefunden, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die formschlüssigen Verbindungen aus mehreren in Abständen angeordneten, in sich geschlossenen Ausbauchungen der Folien mit Hinterschneidungen bestehen.
Die Anzahl der formschlüssigen Einzelverbindungen je Flächeneinheit kann entsprechend den Ansprüchen an die Steifigkeit der fertigen Körper beliebig gewählt werden.
Besonders geeignete Werkstoffe für die Herstellung der erfindungsgemäßen Körper sind wegen ihrer mit hoher Festigkeit einhergehenden guten Verformbarkeit thermoplastische Kunststoffe wie zum Beispiel Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol, chlorierte Polyolefine, sowie deren Gemische, Polycarbo-r nate, Polymethacrylate und dergleichen.
Durch die erfindungsgemäßen formschlüssigen Verbindungen kann auf zusätzliche Verbindungselemente oder Verbindungsmittel ver-
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ziehtet werden. Sie sind haltbar und dicht. Versuche an Formschlußverbindungen, die an 250 ,u dicken PVC-Folien bei Ausbauchungen mit kreisförmigem Querschnitt von 6 mm Durchmesser hergestellt waren, ergaben Scherkräfte von 8 bis 10 kp je Formschlußverbindung.
Die Anordnung der einzelnen Verbindungen in Abständen macht es möglich, je nach Verwendungszweck Körper unterschiedlicher Formsteif igkeit herzustellen und damit für jeden Verwendungszweck eine besonders wirtschaftliche Ausführung zu wählen. Die Ausführung dc-r Ausbauchungen und Hinterschneidungen können beliebig gewählt werden. Bevorzugt ist jedoch eine Ausbauchung mit Hinterschneidung die einen Kreis als Querschnitt aufweist, da dann bei der Herstellung der Verbindungen günstige Beanspruchungsverhältnisse bei den Folien vorliegen. Außerdem bieten solche Ausführungen der einzelnen Verbindungen Vorteile bei der Gestaltung der Werkzeuge für die Herstellung der Körper.
Es ist weiterhin Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Körpern aus profilierter und ebener Folie aus thermoplastischem Kunststoff, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die ebene und die profilierte Folie an ihren Berührungsflächen gemeinsam durch Tiefziehen ausgebaucht und anschließend die Ausbauchung zur formschlüssigen Verbindung gestaucht wird.
Durch das gemeinsame Tiefziehen der Folien an den Verbindungsstellen wird sichergestellt, daß die Ausbauchungen der Folien genau ineinander passen und daß bei dem unmittelbar auf das Tiefziehen folgenden Stauchvorgang exakt eine Hinterschneidung des ursprünglichen Querschnittes der Folienausbauchungen entsteht. Die genaue Passung und die exakte Ausbildung der Hinterschneidung sind erforderlich, um eine echt formschlüssige Verbindung mit großer Festigkeit zu erhalten. Zur Verbesserung der Verformungsei gen.schaiten der thermoplastischen Folien können diese auf die für das Warmformen übliche Temperatur erwärmt werden. Das Verfahren erlaubt hohe und damit wirtschaftliche Fex'tigungsgcschwindigkeiten. So wurden beispielsweise in der Versuchsanlage
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bereits 10 m/min erreicht. Diese Geschwindigkeit kann in einer Produktionsanlage noch wesentlich erhöht werden.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen von Körpern aus profilierter und ebener Folie aus thermoplastischem Kunststoff, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie ein Abwälzwerk^^Qfweist, das aus mindestens einer Matrizenscheibe oder -walze, die entsprechend dem Profil der Folie profiliert ist und die Ausnehmungen aufweist, die mit beweglichen .Gegenstempeln versehen sind, und mindestens einer mit Stempeln versehene Patrizenscheibe besteht und daß zwischen Matrize und Patrize ein Niederhalter angeordnet ist.
Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen von Körpern aus profilierter und ebener Folie aus thermoplastischem „ Kunststoff ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einer Matrizenplatte die entsprechend dem Profil der Folie profiliert ist und die Ausnehmungen aufweist, die mit beweglichen Gegenstempeln versehen sind, und einer mit Stempeln versehenen Patrizenplatte besteht, an der ein Niederhalter federnd befestigt ist.
Die Figuren 1-6 dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung, sollen diese jedoch nicht hierauf beschränken.
k Figur 1 zeigt einen Körper in perspektivischer Darstellung,
Figur 2 zeigt das Tiefzieh-und Stauchwerkzeug in schematischer Darstellung;, sowie den zeitlichen Ablauf zur Herstellung einer Verbindung.
Figur 3 zeigt eine kontinuierlich arbeitende Vorrichtung zum Herstellen der formschlüssigen Verbindungen.
Figur 4 zeigt die schematische Darstellung einer Vorrichtung, mit der sowohl die Profile als auch die Körper hergestellt werden können.
Figur 5 zeigt einen Längsschnitt durch eine taktkontinuierlich - arbeitende Vorrichtung.
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Figur 6 zeigt einen Querschnitt durch eine taktkontinuierlich arbeitende Vorrichtung.
Der in Figur 1 gezeigte Körper besteht aus einer spundwandähnlich profilierten Folie (1), mit der die Folie (2) durch formschlüssige Verbindungen (3) verbunden ist. Das Werkzeug zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung besteht aus einer Matrize und einer Patrize. Die Matrize weist Ausnehmungen auf, in denen bewegliche mit Druckfedern (5) verbundene Gegenstempel (4) angeordnet sind. In der Patrize sind Stempel (9) zum Tiefziehen der Folien angeordnet. Der Verformungsvorgang der Folien läuft wie folgt ab: durch Matrize und Patrize werden die Folien in ihrer Lage gehalten; der Stempel (9) baucht die Folien aus und drückt dabei den Gegenstempel (4) gegen die Druckfeder (5). Beim Zurückziehen des Stempels (9) folgt der Gegenstempel (4), wodurch die Ausbauchung derart gestaucht wird, daß Hinterschneidungen entstehen. Die Gegenbewegung des Gegenstempels (4) kann selbstverständlich auch pneumatisch oder hydraulisch erfolgen.
Bei der kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung laufen profilierte Folie (1) und ebene Folie (2) durch ein Abwälzwerkzeug (Figur 3). Dieses Abwälzwerkzeug besteht aus einer Nabe (8) mit radial eingesetzten Stempeln (9). Die Nabe (8) ist auf der Welle (10) angeordnet. In der Eingriffszone tauchen die Stempel (9) in Ausnehmungen, in denen die Gegenstempel (4) angeordnet sind, der Rippen (6) ein und wälzen sich wieder heraus. Die Rippen (6) sind auf der Matrizenwalze (11) angeordnet. Die profilierte Folie (1) und die ebene Folie (2) werden gemeinsam in die Eingriff szone des Werkzeugs eingeführt. Der federnd angebrachte Niederhalter (12) ist beim Abwälzwerkzeug geschlitzt ausgeführt und drückt die Folie gegen die Matrize. Die Stempel (9) ziehen näpfchenartige Ausbauchungen, die von federnden Gegenstempeln (4) beim Herauswälzen der Stempel (9) gegen den Niederhalter (12) gepreßt und zu Formschlußverbindungen gestaucht werden.
Der apparative Aufwand für das Herstellen von Körpern wird
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erheblich verringert, wenn das Werkzeug für die Profilierung der Folie (1) und das Werkzeug für die Herstellung der Formschlußverbindungen in einer Vorrichtung zusammengefaßt sind. Die Matrize für die Formschlußverbindungen kann dann gleichzeitig als Werkzeug für die Herstellung der profilierten Folie verwendet werden. Zum Profilieren wird die Folie von der Rolle (13) zu den Einlaufwalzen (14) und (15) geführt, die der Folie über einen mit den Walzen, verbundenen Antrieb (nicht dargestellt) die erforderliche Einlaufgeschwindigkeit geben. Die Folie durchläuft dann eine Heizzone, in der regelbare Heizstrahler (17) die Folie auf eine konstante Endtemperatür aufheizen. Die Folie wird dann von der kämmenden Profilwalze (18) und der ψ Matrizenwalze (11) erfaßt und zur profilierten Folie (1) geformt. Die ebene Folie (2) wird auf der Seite der Äustrittszone von Profil- (18) und Matrizenwalze (11) von der Rolle (16) abgespult und durchläuft gemeinsam mit der profilierten Folie (1) eine Heizstrecke (19). Der Niederhalter (12) verhindert das Abheben des Körpers von der Matrizenwalze (11). Nach der formschlüssigen Verbindung, können die Seiten des Körpers mittels Trennscheiben (20) besäumt werden.
Weiterhin können Körper aus profilierter und ebener Folie aus thermoplastischen Kunststoffen mittels eines Taktwerkzeuges hergestellt werden«, Das Taktwerkzeug besteht aus einer Patrizenk platte (21), in der die Stempel (9) angeordnet sind. Die Matrizenplatte (22) mit Rippen (6) ist an einer beweglichen Traverse (23) befestigt. In den Rippen (6) sind die Gegenstempel (4), und die mit den Gegenstempeln (4) verbundenen Federn (5) angeordnet. Zwischen Rippen (6) und Patrizenplatte (21) ist eine Niederhalterplatte (24) federnd an der Patrizenplatte befestigt. Mit der Traverse (23) werden Hubbewegungen ausgeführt. Dabei erfolgt die Zentrierung der Traverse (23) durch die Führungen (25).
Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen ermöglichen das Herstellen von Körpern in langen, nahtlosen Bahnen. Die mögliche Breite dieser Bahnen ist nur durch die Breite der zur Verfügung stehenden Folien begrenzt. Die Vorrichtungen ermöglichen ferner, für die profilierten und ebenen Folien unterschiedliche Kunst-
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stoffe oder auch unterschiedliche Materialstärken zu verwenden. Dies kann je nach Verwendungszweck der Körper vorteilhaft sein. So kann zum Beispiel unterschiedliche chemische Beanspruchung der beiden Seiten des fertigen Körpers die Wahl unterschiedlicher Werkstoffe bedingen. Ferner kann durch unterschiedliche Werkstoffe und Foliendicken der Körper so ausgebildet werden, daß optimale Verhältnisse für die möglichen unterschiedlichen mechanischen Beanspruchungen, wie z.B. durch überwiegende Biegeoder Druckbeanspruchungj vorliegen.
Körper aus profilierte"»* und ebener Folie aus thermoplastischen Kunststoffen eignen sich gut zux· Verarbeitung für Tropfkörper in biologischen Abwasserreinigungsanlagen. Werden die Tropfkörper mit Abwasser berieselt, so läuft das Abwasser an den Oberflächen der Tropfkörper ab. Dabei bildet sich bei guter Belüftung auf der Oberfläche ein biologischer Rasen, der zum großen Teil aus Bakterien besteht. Die Stoffwechselprodukte, die beim Abbau der Abwasserverunreinigungen entstehen, werden durch die Flüssigkeit fortgespült.
Bisher wurden für die Tropfkörper in den biologischen Abwasserreinigungsanlagen meist Lava- oder andere Gesteinsaufschüttungen verwendet.
Durch Kunststofftropfkörper können erhebliche Vorteile erzielt werden. Bei entsprechender Auswahl der Profilierung der Tropfkörper ist es möglich, hohe Oberflächen je Rauminhalt des Tropfkörpers zu erzielen. Diese Hochleistungstropfkörper sind aus folgenden Gründen vorteilhaft:
Die gradlinigen Kanäle ergeben auch bei großen Tropfkörperhöhen eine gute Durchlüftung. Im Gegensatz zu den Lavaschlackenaufschüttungen wird eine Verstopfung durch Ausschwemmung des abgelösten Tropfkörperrasens vermieden. Als Tropfkörper bieten sich Wickelkörper aus den erfindungsgemäßen Körpern an, die einfach hergestellt werden können. Gegenüber den bisher verwendeten Tropfkörpern aus vakuuraverformten Kunststoffteilen bedarf der gewickelte Tropfkörper keiner besonderen Einspann- und Haltevor-
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richtung. Weiterhin können mehrere Wickelkörper ohne Zwischenroste übereinander angeordnet werden. Die außerordentlich einfache Herstellung der Wickelkörper und die geringen Aufwendungen für die Montage ergeben erhebliche wirtschaftliche Vorteile für den Bau von Turmtropfkörpern für Abwasserreinigungsanlagen. Wegen ihres hohen Ε-Moduls dürften Hart-PVC-FoIien besonders wirtschaftlich für die Herstellung der Tropfkörper sein.
Die erfindungsgemäßen Körper lassen sich auch im Bauwesen als Verkleidungsplatten, Dampfsperren und Isolationsschichten verwenden. Beispielsweise müssen bei Warmdächern Dampfsperren und Dampfdruckausgleichsschichten vorgesehen werden. Der Körper erfüllt beide Funktionen, wenn die ebene Folie breiter als die profilierte Folie gewählt wird. Die überragenden ebenen Ränder lassen sich dann so verkleben, d aß die gesamte Dachfläche unabhängig von der Verlegerichtung mit einem Kanalsystem überzogen ist, das mit der Außenluft in Verbindung steht.
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Claims (4)

Patentansprüche:
1. Körper aus formschlüssig verbundener, profilierter und ebener Folie aus thermoplastischem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssigen Verbindungen aus mehreren, in Abständen angeordneten, in sich geschlossenen Ausbauchungen der Folien mit Hinterschneidungen bestehen.
2. Verfahren zum Herstellen von Körpern aus profilierter und ebener Folie aus thermoplastischem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene und die profilierte Folie an ihren Berührungsflächen gemeinsam durch Tiefziehen ausgebaucht und anschließend die Ausbauchung zur formschlüssigen Verbindung gestaucht wird.
3. Vorrichtung zum Herstellen von Körpern aus profilierter und ebener Folie aus thermoplastischem Kunststoff, dadurch
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gekennzeichnet, daß sie ein Abwälzwerk' aufweist, das aus mindestens einer Matrizenscheibe oder -walze, die ent-r sprechend dem Profil der Folie profiliert ist und die Ausnehmungen aufweist, die mit beweglichen Gegenstempeln versehen sind, und mindestens einer mit Stempeln versehenen Patrizenscheibe besteht und daß zwischen Matrize und Patrize ein Niederhalter angeordnet ist.
4. Vorrichtung zum Herstellen von Körpern aus profilierter und ebener Folie aus thermoplastischem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einer Matrizenplatte, die entsprechend dem Profil der Folie profiliert ist und die Ausnehmungen aufweist, die mit beweglichen Gegenstempeln versehen sind, und einer mit Stempeln versehenen Patrizenplatte besteht, an der ein Niederhalter federnd befestigt ist
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