DE2153442B2

DE2153442B2 - Verfahren zum sphärischen oder zylindrischen Umformen planer Scheiben aus im erwärmten Zustand thermoelastischen oder thermoplastischen Kunststoffen durch Kaltumformung

Info

Publication number: DE2153442B2
Application number: DE2153442A
Authority: DE
Inventors: Theodor Peter 6103 Griesheim Moench
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1971-10-27
Filing date: 1971-10-27
Publication date: 1974-02-14
Also published as: DE2153442A1; IT964872B; DE2153442C3; FR2157790B1; JPS4851961A; YU35851B; NL7214430A; YU204072A; SE399007B; JPS5640006B2; CA988671A; FR2157790A1; GB1388600A; US3894137A

Description

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Es ist bekannt, thermoelastische bzw. thermoplastische Kunststoffe derart umzuformen, daß sie über ihren Erweichungspunkt erwärmt und in diesem Zustand, z. B. durch Einwirken von Preßluft oder Vakuum oder auch mittels Matrize und Patrize, in die gewünschte Form gebracht und in dieser bis zur Erstarrung gehalten werden. Unter Einfriertemperatur oder Glasumwandlungsiemperatur versteht man jene Temperatur, bei der der Ausdehnungskoeffizient des Materials eine sprunghafte Änderung erfährt. In besonderen Fällen formt man Kunststoffe der genannten Art auch bei Raumtemperatur um, und zwar derart, daß z. B. auf eine in der Randzone fest arretierte Platte hohe Drucke zur Anwendung kommen. Die dabei eintretende Formänderung wird auch als »kaltes Kriechen« bezeichnet. Wenn die Umformung dicht unterhalb des Erweichungspunktes durchgeführt wird, bezeichnet man diesen Vorgang als Relaxationsformung. Im Vergleich zu Umformungsverfahren, bei denen das Ausgangsmaterial über seine Erweichungstemperatur erwärmt wird, spielen die eben genannten Verfahren nur eine untergeordnete Rolle.

Anmeldegegenstand ist ein Kaltumformverfahren zum sphärischen oder zylindrischen Umformen planer Scheiben aus im erwärmten Zustand thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoffen, wobei die. Randzone der umzuformenden Scheibe zeitweise fest eingespannt wird. Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die eingespannte Randzone der Scheibe über die Einfriertemperatur des Kunststoffes hinaus erhitzt, durch den Einspanndruck in Lage und Abmessungen fixiert und bei diesem Druck bis dicht unter die Einfriertemperatur abgekühlt wird. Danach löst man die Scheibe aus der Fixierung und läßt sie auf Raumtemperatur abkühlen.

Die erfindungserhebliche Einspannung der Randzone, d. h. deren Fixierung durch Druck, kann auch erst im Anschluß an das Aufheizen der Randzone erfolgen, jedoch ist es bei jeder Ausführungsform des Verfahrens erforderlich, die fixierende Einspannung erst dann zu lösen, wenn die Abkühlung der erhitzten Randzone auf eine Temperatur unterhalb der Glasumwandlungstemperatur erfolgt ist. Die Umformung der anfänglich planen Scheibe während der Abkühlung der Rand/one nach erfolgter Aufhebung des Einspanndruckes erfolgt unter der Einwirkung jener Kräfte, die bei der Abkühlung der erhitzten Randzone auf Raumtemperatur frei werden. — Daß in besonderen Fällen, für die jedoch eine technische Verwertung z. Z. nicht angegeben werden kann, auch eine im Inneren einer Platte liegende Zone bis über den Erweichungspunkt erhitzt, unter fixierender Einspannung bis zur Erstarrung abgekühlt und danach die Einspannung gelöst wird, sei der Vollständigkeit halber erwähnt.

Das neue Verfahren löst in einfacher Weise ein dem Fachmann seit langem geläufiges Problem: Bei der Herstellung von wärmeisolierenden Doppel-Schalenelementen geht man bisher so vor, daß mindestens eine der beiden Scheiben im erweichten Zustand bombiert und mit einer zweiten planen oder gleichfalls bombierten Scheibe in einer Randzone fest verbunden wird. Die Verbindung kann dabei durch Verkleben, Verschweißen, mit Hilfe elastischer Zwischenprofile usw. erfolgen. Bei der Herstellung von Sichtelementen, z. B. von Lichtkuppeln und Fenstern für Wohnwagen, wird eine verzerrungsfreie Optik gefordert. Aus diesem Grunde verwendet man für solche Zwecke in erster Linie hochwertige, durch Polymerisation in situ hergestellte Ausgangsplatten (cast sheet). Durch die für die Bombierung bisher unerläßliche Erwärmung wenigstens einer der beiden Platten läßt sich eine optische Unruhe in dem fertigen Sichtelement nicht völlig vermeiden. Bei Doppelschalenelementen der erfindungsgemäßen Art bleibt die einwandfreie Optik der Ausgangsscheiben in vollem Maße erhalten. Bei der Herstellung solcher Elemente geht man mit besonderem Vorteil folgendermaßen vor:

Das Verfahren sei in seiner einfachsten Ausführungsform beschrieben: Eine Platte aus Acrylglas (Polymethylmethacrylat) der Abmessung 500 · 500 · 3 mm wird in einer Randzone von 10 mm zwischen einem doppelten Metallrahmen fest eingespannt und in dieser Randzone auf 120 bis 160° C, d. h. über die Einfriertemperatur hinaus, erwärmt (Fig. 1). Die Erwärmung kann dabei in beliebiger Weise, z. B. mittels Heißluft, Heißdampf, einer elektrischen Widerstandsheizung, im Hochfrequenz- oder Ultraschallfeld, erfolgen. Wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit der in Frage stehenden Kunststoffe beschränkt sich die Erwärmung streng auf den Bereich der geheizten Kontaktflächen. Der auf die Randzone zur Einwirkung kommende Preßdruck muß so hoch gewählt werden, daß die temperaturbedingte Längenänderung des Materials verhindert wird; er beträgt z.B. 10 kg/cm². Im Zustand dieser durch Preßdruck erreichten Fixierung des Kunststoffes läßt man die Randzone bis dicht unterhalb

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der Einfriertemperatur, mit Vorteil auf IUO⁰C, abkühlen und löst danach die Randeinspannung (Fig. 2). Zu diesem Zeitpunkt weist also die Platte mit den Flächenabmessungen 500 · 500 mm in der äußeren, ringsum verlaufenden Randzone eine Temperatur von 100° C und über die restliche Fläche hinweg eine solche von z. B. 20^c C (Raumtemperatur) auf. Im gleichen Maße, in dem die Randzone bis nur Erreichung der Raumtemperatur abkühlt, wölbt sich der Teil der Platte, der nicht erhitzt und keinem Preßdruck ausgesetzt war, d. h. die Platte in den Abmessungen 480 ■ 480 mm, sphärisch auf, und zwar in einem solchen Maße, daß der Scheitelpunkt der umgeformten Scheibe eine Wölbungshöhe von etwa 25 mm aufweist (F i g. 3). — Die Abkühlung der Randzone kann derart erfolgen, daß man die entspannte Platte sich selbst überläßt oder die Randzone zusätzlich kühlt.

Das Maß der Wölbung von Platten gleicher Abmessungen hängt von der Art des Kunststoffes, genauer gesagt von seinem Ε-Modul und von der Lage der Einfriertemperatur, ab. So liegt z. B. die Einfriertemperatur eines Polycarbonats höher als die des Polymethylmethacrylats. Damit kann im Augenblick des Lösens der Randeinspannung die Temperaturdifferenz zwischen der heißen Randzone und dem kühlen Hauptteil der Platte bei Polycarbonat um z. B. 25° C höher liegen als bei Acrylglas. Die Folge dieser höheren Temperaturdifferenz ist die Ausbildung einer stärkeren Wölbung der Polycarbouatscheibe. — Von den gemäß dem neuen Verfahren umformbaren Kunststoffen seien Polystyrol, Copolymerisate aus Acrylnitril, Butadien und Styrol oder aus Acrylnitril und niederen Methacrylestern, Polyvinylchlorid, Celluloseacetobutyrat und Polyvinylacetat beispielhaft genannt.

Mit besonderem Vorteil bedient man sich des neuen Verfahrens bei einer sphärischen oder zylindrischen Umformung von Scheiben aus gereckten Kunststoffen, d. h. von Kunststoffen, die über ihren Erweichungspunkt erwärmt, in diesem Zustand mono- oder biaxial gereckt und im eingespannten Zustand unter die Einfriertemperatur abgekühlt werden. Die Umformung eines solchen gereckten Materials macht es, da die unter der Einwirkung einer neuerlichen Erwärmung frei werdenden Rückstellkräfte die Platte auf ihre ursprüngliche Größe zurückschrumpfen lassen, erforderlich, daß das Material während der Erhitzung ur»d der Umformung allseitig fest eingespannt wird. Da die Wölbung des Materials bei Anwendung des erfindungsgemüikn Verfahrens bei normaler Temperatur, d. h. weit unt-r

dem Erweichungspunkt erfolgt, muß die umzuformende Scheibe aus gerecktem Material lediglich, wie im vorstehenden beschrieben, im Bereich der durch Preßdruck fixierten Randzone erwärmt werden, so daß die genannten Rückstellkräfte über dem größten

ίο Teil der Platte nicht auftreten. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Erwärmung durch Anlegen eines Hochfrequenzfeldes zu bewirken — ein Verfahren also, das von dem Verschweißen von Kunststoffplatten miteinander dem Fachmann geläu-

fig ist. Nach erfolgter Verschweißung läßt man die erwärmte Randzone bis dicht unterhalb der Einfriertemperatur des Materials abkühlen und löst dann. wie bereits beschrieben, die Randeinspannung. — Für die Ausbildung der gewünschten beidseitigen WoI-

bung des Doppeleleme-Hes ist es unerläßlich, daß zwischen dem von den beiden Platten gebildeten Hohlraum und der Außenatmosphäre ein Druckausgleich eintreten kann. Dies geschieht in einfacher Weise derart, daß wenigstens eine der Platten ein^

Λ5 oder mehrere Öffnungen aufweist. Mit der Abkühlung der Randzone wölben sich beide Scheiben sphärisch nach außen, wobei bei einer raschen Abkühlung und beim Anbringen kleiner öffnungen die Luft zischend in die von beiden Platten gebildete Kammer einströmt. Die den Druckausgleich ermöglichenden Öffnungen werden mit Vorteil bereits vor Zusammenlegen der zu verschweißenden Platten angebracht, können jedoch auch zu einem beliebigen Zeitpunkt während oder nach Entspannung der Randzone gebohrt werden.

Wenn eine Einfachscheibe nicht sphärisch, sondern lediglich zylindrisch umgeformt werden soll, wird diese während der Erwärmung über den Erweichungspunkt nur an zwei gegenüberliegenden Rändern im beschriebenen Sinne arretiert.

Der Grad der Wölbung ist u. a. von der Dicke des umzuformenden Materials abhängig, und zwar derart, daß unter sonst gleichen Bedingungen und bei gleichen Abmessungen die dickere Platte einen geringeren Wölbungsgrad aufweist als die dünnere Platte, eine Erscheinung, die z. B. bei der Herstellung unsymmetrisch gewölbter Doppelschalenelemente ausgenutzt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kaltumformverfahren zum ^cphärischen oder zylindrischen Umformen planer Scheiben aus im erwärmten Zustand thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoffen, wobei die Randzone der umzuformenden Scheibe zeitweise fast eingespannt wird, dadurch gekennzeich- ig net, daß die eingespannte Randzone der Scheibe über die Einfriertemperatur des Kunststoffes hinaus erhitzt, durch den Einspanndruck in Lage und Abmessungen fixiert und bei diesem Druck bis dicht unter die Einfriertemperatur abgekühlt, aus der Fixierung gelöst und auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei plane, aufeinandergelegte Scheiben derart nach Anspruch 1 behandelt werden, daß bei unter dem Einspanndruck erfolgender Erwärmung beide Scheiben in der Randzone verschweißt werden und dabei Druckausgleich zwischen der Atmosphäre und dem sich ausbildenden Hohlraum zwischen den Platten durch Anbringung mindestens einer Öffnung in mindestens einer der beiden Platten erzielt wird.