DE2346785A1 - Verfahren zur herstellung duennwandiger, hohler gegenstaende aus polytetrafluoraethylen, vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens und nach dem verfahren hergestellte gegenstaende - Google Patents

Verfahren zur herstellung duennwandiger, hohler gegenstaende aus polytetrafluoraethylen, vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens und nach dem verfahren hergestellte gegenstaende

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Description

S » ü? i&beiger Engineering AG, CH-8008 Zürich, Mainaus tr o 8
Verfahren zur Herstellung dünnwandiger -t hohler Gegenstände aus Polytetrafluoräthylen, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und nach dem Verfahren hergestellte Gegenstände·
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dünnwandiger hohler Gegenstände aus Polytetrafluoräthylen-Pulver (PTS1I). Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und nach dem Verfahren hergestellte Gegenstände o
Es sind Verfahren zur Herstellung dünnwandiger, hohler Gegenstände, z.B. Rohrfittings (Rohrverbxndungsstücke) bekannt, die eine verhältnismässig komplizierte Form aufweisen und mittels trockener oder feuchter isostatischer Formverfahren erzeugt werden, bei denen der Gegenstand ansehliessend an die Formgebung erwärmt oder gebacken wird, um dessen Verfestigung zu bewirken.
Diese Formverfahren, bei welchen PTFÄ-Pulver mit Hilfe einer durch hydraulischen Druck verformten, dünnen elastischen Membrane gegen eine männliche oder weibliehe Matrize gedrückt werdenj ergeben Gegenstände guten Gütegrades. «Jedoch weisen sie die Nachteile auf* daß sie langsam und kompliziert sind, und insbesondere daß sie in einem Fall Formvorrichtungen von größen Durchmessern erfordern* die fähig sind, inneren Drücken, die höher als 300 kg/
ρ ,
em sind* zu widerstehen* und daß sie in einem zweiten Fall sehr kostspielige Formvorriehtungen verwenden^ wobei es nicht außer Acht zu lassen ist, daß die herzustellenden Gegenstandsmengen im allgemeinen klein sind*
Die Erfindung bezweckt ein Verfahren zur Herstellung dünnwandiger
— 2 —
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hohler Gegenstände aus PTFÄ, welches die vorangehenden Nachteile vermeidet, wobei sie in erstaunlicher Weise Gegenstände ausgezeichneten Gütegrades ergibt, deren Wanddicke zwischen 1/10 und 1/100, vorzugsweise jedoch zv/ischen 1/25 und 1/75 ihres Innendurchmessers liegt. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Durchführung des vorerwähnten Verfahrens, die im wesentlichen eine Formvorrichtung ist, deren Herstellung leicht und wirtschaftlich ist.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung dünnwandiger, hohler Gegenstände aus PTM zu schaffen, weiches dadurch gekennzeichnet ist, daß PTFÄ-Pulver in den Zwischenraum einer Formvorrichtung eingeführt wird, welche wenigstens eine im Zusammenhang mit dem Zwischenraum vorgesehene und ein starres Kernstück umgebende weibliche Matrize, gedoch vorzugsweise zwei weibliche Matrizen aus einem elastischen Material, z#Bo aus Gummi oder aus einem Material, dessen Elastizität und Konsistenz denen des Gummis annähernd gleich sind, aufweist, wobei die Matrizen die Abstützung des Kernstückes gewährleisten, daß auf die genannten Matrizen ein in eine einzige Richtung gerichteter Druck ausgeübt wird, wobei gegliche umfängliche Ausdehnung ver>hindert wird, und daß der geformte Gegenstand aus der Formvor·* : richtung entfernt wird, so daß dieser anschließend der gewöhnlichen Wärmebehandlung unterworfen v/erden kann*
Die Verdichtung wird derart ausgeführt, daß die Dicke des anfänglich mit Pulver gefüllten Zwischenraumes vor der Kompression 2 bis 2,5 mal größer ist als die Dicke des nach der Vollendung der Kompression entstehenden dünnwandigen hohlen Gegen-* standest
■ ■ ' ■ 2 '
Der Preßdruck beträgt vorzugsweise 150 bis 300 kg/cm , Das Aufbringen des Druckes wird vorzugsweise langsam durchgeführt$ um das Entweichen der: im Pulver enthaltenen Luft zu ermöglichen* Ahnlicherweise wird der Druck langsam aufgehoben, um der herab—
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gesetzten Elastizität des geformten Gegenstandes im Vergleich mit der Elastizität der Matrizen der Formvorrichtung Rechnung zu tragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich wesentlich von den bekannten Verfahren zur Formung von PTFÄ-Pulver-, wie zoB. von dem in der französischen Patentschrift 1 5Q4- 8O7 beschrie« benen Verfahren, bei dem Pulver im Innern eines starren Zylinders verdichtet wird, in welchem eine elastische Masse vorhanden ist, die während der Verdichtung verformt wird. Mit Hilfe der bekannten Verfahren ist es natürlich möglich, durch Verdichtung eines elastischen Kernstückes im Innern eines koaxialen Zylinders dünnwandige, hohle Gegenstände einfacher Form zu erzeugen; jedoch ist es unmöglich, Gegenstände komplizierterer Form, wie zoB. gekrümmte Verbindungsstücke, T-förmige Verbindungsstükke, oder Verbindungsstücke mit mehreren Abzweigungen zu erzeugen.
Iin Gegensatz zu diesen bekannten Terfahren ermöglicht das erfin— dungsgemäße Verfahren die Herstellung von Gegenständen sehr komplizierter Formgebungen, unter der Voraussetzung, daß sie starre entfernbare Kernstücke zulassen.
Erstaunlicherweise werden mit Hilfe des erfindungsgemäßen Ver» fahrens Gegenstände hohen Gütegrades erzielt, insbesondere bei Gegenständen, die große Abmessungen und eine sehr geringe Dicke aufweisen? dabei ist dieser hohe Gütegrad allem Anschein nach darauf zurückzuführen, daß das starre Kernstück unmittelbar durch gummiartige Matrizen abgestützt wird, wodurch eine schwebende Baugruppe entsteht, die die Fähigkeit besitzt, sich den verschiedenen Verformungen, die auftreten, anpassen zu können.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sie im wesentlichen aus einer Formvorrichtung besteht, welche wenigstens eine im Zusammenhang mit dem genann-
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ten Zwischenraum vorgesehene und ein starres Kernstück umgebende, weibliche Matrize, gedoch vorzugsweise zwei weibliche Matrizen aus einem elastischen Material, z.B. aus Kautschuk oder aus einem Material, dessen Konsistenz und Elastizität dem des Kautschuks annähernd gleich sind, aufweist, wobei die Matrizen, die eine unmittelbare Abstützung des Kernstückes an vorbestimmten Stellen gewährleisten, im Innern eines Verspannungsrahmens mit parallelen Seiten gehalten sind und wobei Mittel vorgesehen sind, um auf die Matrizen innerhalb des Rahmens einen Druck auszuüben, welcher in eine einzige, zu den Basisflächen des Rahmaas senkrechte Richtung verläuft.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das starre Kernstück mit Hilfe von an seinen Enden angeordneten ringförmigen Scheiben im Innern des Matrizen-Hohlraumes in Stellung gehaltene Diese Scheiben, die aus Scheiben-Hälften bestehen können, können mit öffnungen oder Durchgängen versehen sein, die die Einführung des PTFÄ-Pulvers in den Hohlraum bzw. in den das Kernstück umgebenden Zwischenraum ermöglichen.
Das die Matrizen bildende elastische Material weist vorzugsweise eine Shore-Härte A auf, die zwischen 30 und 90, z.B. um 50 liegt. Dieses Material kann beispielsweise Polyvinyl-Chlorid-Kunststoff oder ein natürliche» oder synthetischer Kautschuk sein.
Insbesondere wenn es erwünscht ist, Gegenstände zu erzeugen, die. äußerst dünne Wände aufweisen, beispielsweise .in der Größenordnung von einigen hundertstein des Durchmessers des hohlen Gegenstandes, wird vorteilhafterweise ein härteres Material verwendet,, dessen Shore—Härte in der Größenordnung von 60 oder höher liegt» Wenn es hingegen erwünscht wird, Gegenstände zu erzeugen, die etwas dickere Wände aufweisen, zoB» in der Größenordnung von 1/1Q ihres Durchmessers, wird vorzugsweise ein weicheres Gummi verwendet, dessen Shore-Harte etwa zwischen 30 bis 40 liegt.
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Vorzugsweise ist die Dicke der elastischen Matrize für alle Stellen ihres Querschnittes wenigstens gleich der Hälfte des Durchmessers des zu erzeugenden, hohlen Gegenstandes·
Endlich bezweckt die Erfindung auch die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus PTFÄ hergestellten dünnwandigen, hohlen Gegenstände.
Andere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich, die ein die Erfindung nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel zeigt, welches in den nachstehenden Figuren veranschaulicht ist*
Fig. 1 stellt die erfindungsgemäße Formvorrichtung ohne Rahmen in auseinandergenommenem Zustande dar;
Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Kontaktebene der Matrizen, während des Füllvorganges;
Fig. 3 ist ein Schnitt durch die Kontaktebene der Matrizen am Ende des Verdichtungsvorganges;
Fig. 4- veranschaulicht einen S/chnifct längs der Linie IV- IV der Fig. 3.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Formvorrichtung mit zwei Matrizen 1 und 2 aus elastischem Polyvinyl-Qhlorid (PVG) und einer Shore-Härte A von 75. Diese Matrizen, die in der allgemeinen Form quadrmtförmiger Platten ausgebildet sind, weisen die zueinander komplementären Hohlraum-Hälften J und 4 auf, welche, wenn sie miteinander verbundeil sind, den eigentlichen Hohlraum der Formvorrichtung bilden. Die jeder der beiden Matrizen ist immer großer: als der Durch-
des Hbhlraumejg, so daß ^ede der Matrizen an der Stelle ihjpes dünnsten Quersehnittes eine Dicke aufweist, die größer· ist 1,1s die Sälfte des Hfohlraumdurehroessers. Per Hohlraum ist gekrümmt ausgebildet, um das Farmen eines die Form eines Bogens
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aufweisenden, rohrförmigen Verbindungsstückes zu ermöglichen« An den Enden der beiden Hohlraumhälften sind die Vertiefungen 5 und 6 vorgesehen, welche zur Aufnahme der ringförmigen Scheiben 7 und 8 dienen.
Diese Scheiben 7 und. 8 ermöglichen es, im Innern des Hohlraumes ein starres, gekrümmtes Kernstück, beispielsweise aus Metall, zu halten, welches dazu bestimmt ist, dem zu erzeugenden bogenföj>migen Verbindungsstück seine innere Form zu geben. Das Kernstück 9 ist aus einem Stück bestehend dargestellt; jedoch könnte es aus mehreren demontierbaren Stücken bestehen, deren Kompliziertheit der des zu erzeugenden Gegenstandes entspricht·
Um die Formvorrichtung mit PTFÄ-Pulver zu füllen, wird das Pulver nachdem die Matrizen 1 und 2 um das durch die ringförmigen Scheiben abgestützte Kernstück 9 herum zusammengebaut wurden, von Hand in den Zwischenraum zwischen dem Kernstück und dem weiblichen Hohlraum, durch das eine Ende des Hohlraumes, beispielsweise über einen ffirichter 10a eingeführt,.wobei die Vorrichtung schon früher in eine derartige Stellung gebracht wurde, um das vollständige Füllen des Hohlraumes mit Hilfe der Schwerkraft zu ermöglichen. Wie in Fig. 2 dargestellt, weist die Scheibe 8 Öff— nungen oder Durchgänge 8a auf, die das Füllen ermöglichen·
Nach erfolgtem Einfüllen werden die zwei zusammengobauten Matrizen ins Innere eines Stahlrahmens 11 gesetzt, welcher als Zylinder mit quadratförmigem Querschnitt ausgebildet ist, dessen Innenfläche genau um die Aussenflachen der Matrizen 1,2 herum passt. Der die Matrizen zusammenhaltende Rahmen wird anschlies« send auf den unteren Tisch einer Preße 12 gesetzt, gegen den die Metallplatte 13, die als durch die obere Platte 14 der Pj?eße nach unten getriebener Kolben wirkt, auf die obere Oberfläche der Matrize 1 gepreßt wird.
Darauf wird ein Druck in Richtung des in Fig. 4- gezeigten Pfeile?
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auf die Formvorrichtung ausgeübt, wobei die Steigerung des Druckes langsam genug durchgeführt wird, um das Entweichen der im Zwischenraum befindlichen Luft zu ermöglichen. Während der Verdichtung wird die Dicke des Zwischenraumes herabgesetzt, wobei das Pulver allmählich und sehr gleichmäßig infolge des Zusammenwirkens zwischen dem sich verformenden elastischen Material und dem starren Kernstück verdichtet wird, das im Innern der elastischen Matrizen in einem gewissermaßen schwebenden Zustand gehalten wird. Die endgültige Dicke des zusammengedrückten Zwischenraumes ist 2 bis 2,5 mal kleiner als seine anfängliche Dicke im nicht zusammengedrückten Zustand» Am Ende des Kompressionshubes, wie dies in den Fig· 3 und 4- dargestellt ist, hat das elastische Material der Matrizen 1 und 2 die Verdichtung des Pulvers 10 vollendet, um einen dünnwandigen, gekrümmten Gegenstand 15 aus PTFÄ zu bilden·
Nach dem Aufheben des Druckes wird die aus den Matrizen 1,2 bestehende Baugruppe aus dem Rahmen 11 entfernt, die Matrizen werden auseinandergezogen und das gekrümmte Verbindungsstück 15 * welches das starre Kernstück noch immer in sich hält, freigemacht· Schließlich wird das Kernstück 9 entfernt und das Verbindungsstück 15 kann der üblichen nachfolgenden Wärmebehandlung unterzogen werden, die bei einer auf ungefähr 550° erhöhten Temperatur durchgeführt wird·
Beispielsweise wurde ein bogenförmiges Verbindungsstück mit einem Innendurchmesser (Durchmesser des Kernstückes) von 50 mm und einem endgültigen Außendurchmesser von 57 ΐωη hergestellt, wobei der anfängliche Durchmesser des Hohlraumes 64- mm betrug,
Der ausgeübte maximale Druck betrug I50 kg/cm „
Außerdem wurden beispielsweise bogenförmige Verbindungsrohre mit einem Innendurchmesser von 20 mm und einer Wanddicke von 2 mm, ferner bogenförmige Verbindungsstücke mit einem Innendurchmesser von 50 mm und einer Wanddicke von 2 mm, bogenförmige Verbindungsstücke mit einem Innendurchmesser von 200 mm
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und einer Wanddicke zwischen 3 und 4 mm und sogar bogenförmige Verbindungsstücke mit einem Innendurchmesser von 4-00 mm und einer Wanddicke von 4 mm hergestellt·
Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich auch für die Herstellung dünnwandiger Gegenstände komplizierter Form als geeignet erwiesen, wie z.B. für die Herstellung von T-förmigen Verbindungsstücken, Übergangsstücken usw.; dabei bietet es an kritischen Stellen Stellen,an welchen senkrecht zueinander angeordnete Abzweigungen für T-förmige Verbindungsstücke oder Stellen, an denen starke Krümmungen oder dergleichen vorgesehen sind, einen Gütegrad, der nicht einmal von den besten isostatischen Formverfahren übertroffen wird.
Es ist verständlich, daß, obwohl die Erfindung mit Bezugnahme auf die Herstellung bogenförmiger Verbindungsstücke aus PTFÄ beschrieben wurde, diese mit Hülfe eines geraden Kernstückes und einer geraden weiblichen Hohlform ebenso zur Herstellung von geraden zylindrischen Rohrstücken verwendet werden kann.
Obwohl die Erfindung durch Beschreibung einer besonderen Aus— führungsform erläutert wurde, ist es verständlich, daß sie keineswegs auf diese Ausführungsform beschränkt ist, und daß zahlreiche Abänderungen in bezug auf Form und Materialien möglich sind, ohne von ihrem Geltungsbereich und ihrem Geist abzuweichen
Ansprüche
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Claims (17)

nsprüche
1)/Verfahren zur Herstellung dünnwandiger, hohler Gegenstände ^-' aus Polytetrafluoräthylen (PTFÄ), dadurch gekennzeichnet, daß PTFl-Pulver in den Zwischenraum einer Formvorrichtung eingeführt wird, welche wenigstens eine im Zusammenhang mit dem Zwischenraum vorgesehene und ein starres Kernstück umgebende, weibliche Matrize aus einem,elastischen Material, z,B# aus Kautschuk, einem Elastomer oder aus einem ähnlichen elastischen Material, aufweist, wobei die Matrizen die Ab— Nutzung des Kernstückes gewährleisten, daß auf die Matrize oder auf die Matrizen ein in eine einzige Richtung gerichteter Druck ausgeübt wird, wobei jegliche umfänglich© Ausdehnung verhindert wird, und daß nach dem Aufheben des Druckes der so geformte Gegenstand aus der Formvorrichtung entfernt wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung so durchgeführt wird, daß die endgültige Dicke des Zwischenraumes 2 bis 2,5 mal kleiner ist als seine anfängliche Dicke.
3) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigerung bzw. die Verringerung des Druckes langsam durchgeführt wird.
4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet! daß ein Druck, dessen Größe zwischen 150 und 35°
kg/cm liegt, angewendet wird.
5) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das PTFÄ-Pulver über einen Trichter in die Formvorrichtung eingeführt wird,
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6) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens eine im Zusammenhang mit dem Zwischenraum vorgesehene und ein starres Kernstück (9) umgebende weibliche Matrize (1, 2) aus einem elastischen Material, z.B. Kautschuk, einem Elastomer oder aus einem ähnlichen elastischen Material, aufweist, wobei die Matrize oder die Matrizen (1, 2) die Abstützung des Kernstückes (9) gewährleisten und während des VerdichtungsVorganges innerhalb eines Rahmens (11) mit parallelen Seiten— wänden fest angeordnet sind, wobei Mittel vorgesehen sind, um auf die Matrize oder Matrizen (1, 2) einen in eine zu den Basisflächen des Rahmens (11) senkrecht verlaufende, einzige Richtung gerichteten Druck auszuüben.
7) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Matrize (1, 2) an der dünnsten Stelle ihres Querschnittes eine Dicke aufweist, die größer ist als die Hälfte des ©urchfmessers des hohlen Gegenstandes.
8) Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7} dadurch gekennzeichnet, daß das Kernstück (9) mit Hilfe von an seinen Enden vorge— . sehenen, ringförmigen Scheiben (7, 8) im Innern der Matrize oder der Matrizen festgehalten wird.
9) Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, .daß- ; wenigstens eine der Scheiben (7, 8) Öffnungen oder Durchgänge (8a) aufweist, welche das Einführen des Pulvers (10) ermöglichen.
10) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Kernstück (9) aus zerlegbaren Stücken besteht.
11) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch, gekennzeichnet, daß das Kernstück (9) und der weibliche Hohl-
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raum "bogenförmig ausgebildet sind·
12) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernstück (9) und der weibliche Hohlraum als gerade Zylinder ausgebildet sind·
13) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernstück (9) und der weibliche Hohlraum T-förmig ausgebildet sind·
14) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Härte des elastischen Materials eine Shore-Härte A zwischen 30 und 90 aufweist.
15) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material aus Polyvinyl-Chlorid-Kunststoff besteht.
16) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15j dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Metallplatte (13) aufweist, die im Innern des Rahmens (11) als Koifcben wirkt.
17) Hohle Gegenstände, insbesondere bogenförmige oder T—förmige Verbindungsstücke für Rohrleitungen, die aus PTFÄ-Pulver hergestellt sind und eine Dicke aufweisen, die zwischen 1/10 und 1/100, jedoch vorzugsweise zwischen 1/25 und 1/75 ihres Innendurchmessers liegt, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt sind.
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DE2346785A 1972-09-18 1973-09-17 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung dünnwandiger, hohler Gegenstände aus Polytetrafluoräthylen Expired DE2346785C2 (de)

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