DE2362838A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von kunststoffteilen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von kunststoffteilen

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Description

Patentanwälte
Dipl.-lng. Helmut Missling 63 Giessen 17.1201973
D.pL-mg. Richard Sohiee ?
Dr.-Ing. Joachim Boecker
S/K 11o560
JUNG—WERKE Gesellschaft mit beschränkter Haftung. 5241 Wehbach/Sieg
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffteilen
Die Erfindung bezfeht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht aushärtbarem Kunststoff, insbesondere aus für ultraviolettes Licht durchlässigem Polyesterharz, wobei die Gegenstände nach der Formung aus noch plastischem Harz mit ultraviolettem Licht bestrahlt werden.
Bei der Herstellung von Preßteilen, ζ.B0 von gewölbten Behälterböden, ist das sogenannte Warmpressen und das sogenannte Kaltpressen bekannt. Beim Warmpressen wird vor oder nach dem Einlegen eines sogenannten Vorformlings aus Verstärkungsfasern in eine Preßform Polyesterharz in die Preßform gegeben. Die Form wird nun mittels des Preßstempels geschlossen, wobei das Harz im Vorformling verteilt wird. Nach dem vollständigen Schließen entspricht der Formhohlraum der gewünschten Werk-
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stückfornio Die Form wird "beheizt, wodurch die Aushärtung des Harzes "bewirkt wird, dem ein Katalysator "beigefügt ist. Die Aushärtungszeit liegt "bei" einem Behälterboden normaler Größe, wie er z.B. für einen Heizöltank gebraucht wird, bei ca. 12 min„
Beim Kaltpressen erfolgt das Füllen und Schließen der Form ebenso wie beim V/armpressen. Dem Kunststoff ist jedoch ein Beschleuniger beigefügt, der eine exotherme Reaktion beschleunigt, bei der der Kunststoff aushärtet, ohne daß die Form beheizt wirdo Fach etwa 15 min. ist die- Aushärtung so weit vorgeschritten, daß der Behälterboden aus der Form entnommen werden kann. IJm die Resthärtung zu bewirken, muß der Boden noch ca. 1 Stunde bei einer Temperatur von 90 getempert werden.
Beide Verfahren erfordern verhältnismäßig lange Taktzeiten, so daß mit einer Preßform nur ein beschränkter Ausstoß zu erzielen ist. Auch ist ein beträchtlicher Energieaufwand erforderlich, beim Warmpressen für das Beheizen der Form und beim Kaltpressen für die Temperung. In dieser Hinsicht ist die ebenfalls bekannte Aushärtung durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht günstigere Hiermit läßt sich eine Aushärtung schon innerhalb kurzer Zeit, z.B. innerhalb von einer Minute, erreichen. Bisher wurden zu härtende Teile nur direkt mit
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ultraviolettem Licht bestrahlte Diese !eile mußten deshalb eine solche Form oder Steifigkeit haben, daß sie ohne Stützung durch eine Form genügend stabil sind. Die Anwendung "beschränkte sich deshalb auf die Aushärtung von Platten und Rohren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, durch das die Aushärtung durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht auch dann anwendbar ist, wenn die herzustellenden Gegenstände in einer Form ausgehärtet werden müssen. Durch die Erfindung soll ferner eine Torrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß die auszuhärtenden Gegenstände innerhalb einer Preß- oder Gießform ausgehärtet werden, wobei sie durch mindestens eine Wand der Form hindurch mit ultraviolettem Licht bestrahlt werden.
Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß ultraviolettes Licht auch durch Formwände hindurchdringen kann, wenn diese entsprechend beschaffen sind. Für ultraviolettes Licht durchlässige Wände sind deshalb möglich, weil bei der Aushärtung durch ultraviolette Bestrahlung keine starke Wärmeentwicklung stattfindet, wie sie auch beim Kaltpressen durch die exotherme Reaktion entsteht. Es können deshalb für die
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Formwand für ultraviolettes Licht durchlässige Werkstoffe verwendet werden„
Die Erfindung "bringt den Vorteil einer außerordentlich, kurzen Taktzeit im Vergleich mit den bekannten Aushärtungsverfahren. Die Aushärtungszeit ist auf ca. 1 Ms 3 min. reduziert« Außerdem wird eine wesentliche Energieersparnis erzielt, da ein Ultraviolettstrahler nur einen Bruchteil der Energie "benötigt, die bei den bekannten Verfahren gebraucht wird. Mit einer Presse kann ein wesentlich größerer Ausstoß erzielt werden, wodurch an Investitionen gespart wird. Auch wird an Kunststoffmasse gespart, da die Aushärtung durch entsprechende Begrenzung der Bestrahlung auf die Zonen beschränkt werden kann, die tatsächlich auszuhärten sind. Überfließender Kunststoff, der immer vorhanden ist, weil in die Form aus Sicherheitsgründen etwas mehr Kunststoffmasse eingegeben werden muß, als zur Füllung der Form nötig ist, wird deshalb nicht ausgehärtet und kann wieder verwendet werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Preß- oder Gießform mit mindestens einer für ultraviolettes Licht durchlässigen Wand und einem ultraviolettes Licht aussendenden Strahler,
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der durch die genannte Wand vom Formhohlraum getrennt ist. Diese Form ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mit einer Kühleinrichtung mindestens für die ultraviolettes Licht durchlassende Wand ausgerüstet. Dies ermöglicht es, die Temperatur der Formwand "beliebig niedrig zu halten, so daß auch Kunststoffe für die Herstellung der Formwand geeignet sind, was verhältnismäßig niedrige Herstellungskosten für die Form ergibt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist zwischen dem ultraviolettes Licht aussendenden Strahler und der das ultraviolette Licht durchlassenden Wand eine weitere für ultraviolettes Licht durchlässige Wand (Stützwand) im Abstand von der erstgenannten Wand angeordnet, wobei zwischen den beiden Wänden eine für ultraviolettes Licht durchlässige, unter Druck stehende Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, angeordnet ist. Hierdurch läßt sich einmal eine Kühlung der Form erreichen und zum anderen eine Abstützung der Formwand. Die Formwand kann dann verhältnismäßig dünn ausgebildet werden. Die auf die Formwand einwirkenden Kräfte werden zu einem großen Heil auf die Flüssigkeitsfüllung übertragen. Die Stützwand läßt sich häufig so konstruieren, daß sie mit geringem Materialaufwand eine große Druckfestigkeit hato Zweckmäßigerweise ist der Raum zwischen den beiden Wänden mit einer Zuflußöffnung und einer
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Abflußöffnung für die Flüssigkeit verbunden, so daß eine Durchs tr ömung des Hohlraumes und dadurch eine intensive Kühlung möglich ist.
Der ultraviolettes licht abgebende Strahler ist vorteilhafterweise in einem belüfteten Raum angeordnet. Solche Strahler haben eine beträchtliche Wärmeentwicklung. Ein großer Teil dieser Wärme kann von der Form ferngehalten werden, wenn der Strahlerraum belüftet ist»
Eine Vorrichtung für die Herstellung von rotationssymmetrischen Gegenständen ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der ultraviolettes licht abgebende Strahler einen Drehantrieb aufweist und daß seine lichtaussendenden Flächen nicht konzentrisch zur Drehachse verlaufen. Eine gleichmäßige Bestrahlung des gesamten Gegenstandes ist mit einem ruhenden Strahler oft problematisch. Das Problem wird beseitigt, wenn ein rotierender Strahler verwendet wird. Selbst wenn ein solcher Strahler im stillstehenden Zustand die Strahlung ungleichmäßig verteilt, wird doch durch die Rotation im Mittel eine gleiche Strahlungsmenge auf alle Teile des Gegenstandes abgegeben.
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Die Möglichkeit, die Temperatur der Form beliebig niedrig halten zu können, ermöglicht sogar die Verwendung von Kunststoff, wie z.B. Polyesterharz oder Epoxydharz für die Herstellung der Form. Solche Formen können häufig den gestellten Ansprüchen genügen. Wenn aber besonders große Standzeiten erforderlich sind, ist es vorzuziehen, die für ultraviolettes Licht durchlässige Wand aus Quarzglas herzustellen. Bei der Herstellung aus faserverstärktem Kunststoff ist es wieder von Vorteil, wenn der Brechungsindex der Fasern und des Kunststoffes gleich isto
Bei einer Vorrichtung für die Herstellung eines gewölbten Behälterbodens ist es von Vorteil, wenn nur der konvexe Formteil für ultraviolettes Licht durchlässig ist. Es kann dann nämlich die Stützwand kuppeiförmig ausgebildet werden und der ultraviolettes Licht aussendende Strahler kann im Kuppelhohlraum angeordnet werden. Hierdurch befindet sich der Strahler sehr nahe an dem auszuhärtenden Gegenstand, so daß seine Leistung relativ klein gehalten werden kann«
In der Zeichnung ist ein Querschnitt durch eine Form zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Diese Form soll im folgenden erläutert werden.
Die Form ist für die Herstellung von Behälterboden bestimmt,
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wie sie z.B. für mit Glasfasern verstärkte Flüssigkeitsbehälter, z.B. Heizöltanks, verwendet werden. Die Form hat einen Unterteil 1 und einen Oberteil 2. Der Formunterteil unterscheidet sich nicht von einer üblichen Preßform. Der Oberteil 2 jedoch ist speziell ausgebildet und soll im folgenden näher betrachtet werden.
Der Formoberteil hat einen Grundkörper 3> der aus Metall oder Kunststoff bestehen kann. Am Grundkörper 3 befinden sich zwei kuppeiförmige Wände 4 und 5, die Flansche 6 bzw. 7 aufweisen. Die Flansche dienen zur Befestigung der Wände 4, 5 am Grundkörper 3, an dem sich Zentrierränder 8 und 9 befinden, die ein passendes Aufsetzen der Wände 4, 5 auf den Grundkörper erleichtern. Die Wände 4, 5 bestehen beide aus einem Material, das für ultraviolettes Licht durchlässig ist, z.B. aus Quarzglas. Bei gleicher Wandstärke hat die Wand 4 eine wesentlich größere Druckfestigkeit als die Wand 5, weil ihre Abmessungen wesentlich kleiner sind. In den Hohlraum 10 zwischen den Wänden 4 und 5 mündet eine Leitung 11 für die Zuführung und eine Leitung 12 für die Abführung einer Kühlflüssigkeit, die z.Bo Wasser sein kanno
Zwischen der Wand 4 und dem Grundkörper 3 befindet sich ein Hohlraum 13, in dem ein insgesamt mit 14 bezeichneter Strahler
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für die AusSendung ultravioletten Lichtes angeordnet ist. Der Strahler hat ein Gestell 15, an dem Lampen 16 und 17 befestigt sind. Der Halter 15 ist drehbar aufgehängt und kann mittels einer Antriebsvorrichtung 18 in Drehung versetzt werden. Die Stromzuführung für den Drehantrieb und für die Lampen 16, 17 erfolgt über einen Kanal 19.
Der Raum 13 hat eine Zuführungsöffnung 20 und eine Abführungsöffnung 21 für Kühlluft, die über die Leitung 22 zugeführt und über die Leitung 23 abgeführt wirdo
Bei der Herstellung eines Behälterbodens wird in die Mulde 24 des Formunterteiles 1 ein Vorformling aus Verstärkungsfasern und flüssiger Kunststoff eingebracht. Danach wird der Formoberteil 2 mittels eines Preßstempels nach unten bewegt, wobei die Wand 5 in die Höhlung des lOrmunterteiles eindringt. Die Wand 5 wird an die Wand der Mulde 24 bis auf einen Abstand herangeführt, der gleich der Dicke des herzustellenden Deckels ist0 Hierbei wird das Kunstharz im Vorformling verteilt» Überflüssiges Kunstharz fließt über den Rand der Form ab. Zum Aushärten wird der Strahler 14 betrieben und dabei in Rotation versetzt. Das ultraviolette Licht, das der Strahler 14 aussendet, dringt durch die Wand 4, eine im Raum 10 enthaltene Elüssigkeitsfüllung und die Wand 5 hindurch in den Kunststoff
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1, der sich, zwischen der Außenseite der Wand 5 und der Muldenfläche 24 befindet. Innerhalb einer Zeit τοη etwa 1 min. härtet der Kunststoff aus.
Der Preßdruck muß von der Wand 5 aufgenommen werden. Diese überträgt den Preßdruck zu einem großen Teil auf die Flüssigkeitsfüllung im Raum 1O0 Die Wand 4 muß diesem Flüssigkeitsdruck standhalten, weil im Raum 13 kein nennenswerter überdruck vorhanden ist. Wegen des relativ kleinen Durchmessers der Wand 4 kann diese bei gegebener Wandstärke große Druckkräfte aushalten,,
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Claims (1)

  1. Patentansprüche i
    1 ο Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht aushärtbarem Kunststoff, insbesondere aus für ultraviolettes Licht durchlässigem Polyesterharz, wobei die Gegenstände nach der Formung aus noch plastischem Harz mit ultraviolettem Licht bestrahlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände innerhalb einer Preß- oder Gießform ausgehärtet werden, wobei sie durch mindestens eine Wand der Form hindurch mit ultraviolettem Licht bestrahlt werden.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Preßoder Gießform mit mindestens einer für ultraviolettes Licht durchlässigen Wand (5, 4) und einem ultraviolettes Licht aussendenden Strahler (14), der durch die genannte Wand (5, 4) vom Hohlraum getrennt isto
    3ο Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Form eine Kühleinrichtung (11, 12) mindestens für die ultraviolettes Licht durchlassende Wand (5, 4) aufweist«
    4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ultraviolettes Licht aussendenden Strahler (14)
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    und der für ultraviolettes Licht durchlässigen Wand (5) eine weitere für ultraviolettes Licht durchlässige Stützwand (4) im Abstand von der erstgenannten Wand angeordnet ist und daß zwischen den "beiden Wänden (5, 4) eine für ultraviolettes Licht durchlässige, unter Druck stehende Flüssigkeit, wie Z0B0 Wasser, angeordnet ist.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (10) zwischen den beiden Wänden eine Zuflußöffnung (11) und eine Abflußöffnung (12) für die !Flüssigkeit aufweist.
    6ο Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ultraviolettes Licht abgebende Strahler (14) in einem belüfteten Raum (13) angeordnet ist.
    7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, insbesondere für die Herstellung von rotationssymmetrischen Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß der ultraviolettes Licht abgebende Strahler (14) einen Drehantrieb (18) aufweist, und daß seine lichtaussendenden Flächen nicht konzentrisch zur Drehachse verlaufen.
    8o Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch
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    gekennzeichnet, daß mindestens einige der für ultraviolettes Licht durchlässigen Wände (5, 4) aus Kunststoff "bestehen, z.Bo aus Polyesterharz oder Epoxydharz.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der aus Kunststoff bestehenden Wände eine Verstärkungseinlage aufweisen, z.B. aus Glasfasern, wobei die Verstärkungseinlage den gleichen Brechungsindex hat wie die Kunststoffmasse ο
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der für ultraviolettes licht durchlässigen Wände aus Quarzglas bestehen.
    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10 für die Herstellung eines gewölbten Bodens für einen zylindrischen Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß nur der konvexe Formteil (2) für ultraviolettes Licht durchlässig ist.
    12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützwand (4) kuppeiförmig ausgebildet ist und daß der ultraviolettes Licht abgebende Strahler (14) im Kuppelhohlraum (13) angeordnet ist„
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    Leerse ite
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