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Verfahren und Vorrichtungz zur Verarbeitung von Kunststoff Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung von während
der chemischen Reaktion stark schrumpfenden flüssigen Kunststoff-Ausgangsprodukten,
insbesondere Lactamen, zu Gußteilen, wobei das Ausgangsprodukt in aktiviertem Zustand
in eine rotierende Form eingebracht wird.
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Bekannt ist die Herstellung von Halbzeugen, wie Rohren aus Caprolactam
(Zeitschrift "Kunststoffe Carl Hanser Verlag München 27, 55. Jahrgang 1965, Heft
5, Seite 315-316"). Die Herstellung von Gegenständen aus Lactamen hat den Vorteil,
daß das Ausgangsmaterial wesentlich billiger ist als durch Spritzen, Blasen oder
Extrudieren verarbeitbarer thermoplastischer Kunststoff vergleichbarer Qualität.
Jedoch bringt die sehr starke Schrumpfung von 15 Volumenprozenten Probleme mit sich,
weshalb bisher nur einfach geformte Gegenstände im Schleudergußverfahren
hergestellt
werden konnten, wobei die Rotationsachse mit der Körperachse z.B. eines Rohres zusammenfällt.
Durch die Schrumpfung ergaben sich bei Körpern, deren in der Nähe der Rotationsachse
liegendes Zentrum an sich massiv sein soll, Lunkerstellen, die entweder in Kauf
genommen werden mußten oder es mußten die Lunker enthaltenden Zonen durch Ausbohren
des Werkstückes beseitigt werden. Di e Die Anwendungsmöglichkeiten wurden dadurch
stark eingeschränkt.
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Man hat die Schrumpfung dadurch zu kompensieren versucht, daß dem
Lactam Additive zugefügt wurden, die eine Ausschäumung des Materials bewirken, die
das Volumen um etwa 15 % vergrößert, so daß die Schrumpfung gerade ausgeglichen
wird.
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Man erhält dann naturgemäß porige Werkstücke, wobei die Porigkeit
meist noch ungleichmäßig verteilt ist, Die Festigkeit der Werkstücke ist geringer
als bei porenfreiem Werkstoff. Auch leidet durch die ungleichmäßig verteilte Porigkeit
das Aussehen.
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Durch die Erfindung soll ein Verfahren der eingangs genannten Art
vorgeschlagen werden, mit dem porenfreie und lunkerfreie Werkstücke beliebiger Form
hergestellt werden können.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das aktivierte
Ausgangsprodukt mit einer solchen Menge pro Zeiteinheit zugeführt wird, daß die
chemische Reaktion und die mit ihr verbundene Volumenverminderung von den radial
äußeren Bereichen der Form ausgehend mit solcher Geschwindigkeit in Richtung der
Rotationsachse fortschreitet, daß nachfließendes Ausgangsprodukt den durch die genannte
Volumenverminderung frei werdenden Raum ausfüllt.
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Im Gegensatz zu dem bisher angewendeten Verfahren, bei dem die aktivierte
Masse insgesamt eingegossen und dann geschleudert wurde, erfolgt das Nachgießen
erfindungsgemäß so langsam, daß der Schrumpfungsprozess von den radial äußeren Randgebieten
nach innen fortschreitet, und zwar mit solcher Geschwindigkeit, daß die durch Schrumpfung
frei werdenden Volumina von dem noch flüssigen nachgegossenen Material aufgefüllt
werden können. Hierdurch gelingt es lunkerfreie Werkstücke auch von komplizierter
Form und geringer Wandstärke herzustellen. Die geringe Wandstärke ist deshalb möglich,
weil die großen Zentrifugalkräfte verhindern, QB sich an Engstellen nach und nach
so dicke Schichten aufbauen, daß der Durchlaß zuwächst. Mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren können deshalb lunkerfreie Werkstücke von dichter Beschaffenheit hergestellt
werden, da ein teilweises Aufschäumen zur Kompensation einer Schrumpfung nicht nötig
ist.
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Die Form wird vorzugsweise beheizt. Durch geeignete Temperatur läßt
sich die Reaktionsgeschwindigkeit auf optimale Werte einstellen.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens ist gekennzeichnet
durch einen rotierenden Träger mit senkrecht angeordneter Achse, auf dem mehrere
Formen im Abstand von der Achse angeordnet sind. Mit einer solchen Form lassen sich
mehrere Einzelteile auf einer Schleudervorrichtung herstellen. Eine solche Schleudervorrichtung
samt Form ist wesentlich billiger als eine Spritzanlage samt Form für vergleichbare
Werkstücke, weil ja der Druck innerhalb der Formen nur gering ist. Das erfindungsgemäße
Verfahren ist aber auch anwendbar zum lunkerfreien Herstellen eines einzigen zusammenhängenden
Gußstückes, dessen Form um die Körperachse, z.B. die Achse eines rotationssymmetrischen
Körpers rotiert.
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Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung ist im Zentrum des Karussells
in einer Ebene oberhalb der Formen ein nach oben offenes Gefäß angeordnet, von dem
Fülleitungen zu den einzelnen Formen führen. Eine solche Speisungseinrichtung ist
besonders einfach und ergibt insgesamt eine billige Vorrichtung. Die Wand des Gefäßes
ist vorzugsweise nach oben hin derart eingezogen, daß der lichte Querschnitt des
Gefaäßes unterhalb des oberen Randes größer ist als am oberen Rand. Hierdurch wird
ein Uberfluten des Randes des Gefäßes vermieden, wenn die Form rotiert und die flüssige
Masse auf Grund der Zentrifugalbeschleunigungen
nach oben steigt.
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Vorteilhafterweise ist an jede Form in deren radial innerem Bereich
eine Entlüftungsleitung angeschlossen, die in das Gefäß geführt ist und vorzugsweise
in der Nähe des oberen Randes des Gefäßes an dieses angeschlossen ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der windung ist das Gefäß durch
im wesentlichen radial verlaufende, vorzugsweise verstellbare Wände in mehrere Abteile
unterteilt, wobei von jedem Abteil eine Fülleitung zu einer dem Abteil zugeordneten
Form führt und ein Zulauf zum Gefäß zur Abgabe eines Gießstrahles im Bereich der
Wandoberkanten vorgesehen ist. Diese Einrichtung ist eine einfache und trotzdem
genaue Dosiervorrichtung, da die Zulaufmenge zu jedem Abteil proportional zum Winkelabstand
der Wände des Abteils ist. Der Winkelabstand wird nun entsprechend der Größe der
zugeordneten Form gewählt Bei verschieden großen Formen sind die Winkelabstände
demgemäß verschieden groß, Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung sind
die Wände von Leiteinrichtungen überbrückt, die eine obere Trennkante und beiderseits
dieser Trennkante Ablaufflächen aufweisen und die quer zu den oberen Kanten der
Wände verschiebbar
sind. Bei einer so ausgebildeten Vorrichtung
können die einzelnen Abteile ein unveränderliches Volumen haben. Die Dosierung erfolgt
alleine durch zweckentsprechende Einstellung der Leiteinrichtungen. Dies hat den
Vorteil, daß die Wände zwischen in Abteilen fest eingebaut werden können und das
Gefäß unempfindlich gegen Kunststoffrückstände ist, so daß die Dosiereinrichtung
mit geringem Pflegeaufwand getrieben werden kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Gießvorrichtung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen vertikalen Schnitt entsprechend
der Linie I-I in Fig. 2, Fig. 2 eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles II in Fig.
1 und Fig. 3 einen Querschnitt durch ein kastenförmiges Gußteil, Die Vorrichtung
hat einen insgesamt mit 1 bezeichneten Ständer und einen insgesamt mit 2 bezeichneten,
relativ zum Ständer 1 drehbaren Teil. Ein Elektromotor 3 dient zum Antrieb des rotierenden
Teiles 2 über ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Getriebe.
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Der drehbare Teil 2 enthält eine Art Nabe 4, die eine äußere zylindrische
Wand 5 aufweist, an der Formen 6a bis 6f befestigt Jnd. Die Formen befinden sich
jeweils in einem Raum 7, der seitlich durch parallele Platten 8, 9, unten durch
eine Bodenplatte 10, oben durch eine Deckplatte11, nach innen hin durch die erwähnte
zylindrische Wand 5 der Narbe und nach außen hin durch eine zylindrische Wand 12
abgeschlossen ist.
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Jede der Formen 6a bis 6f hat einen fest montierten Teil 12 und einen
radial nach außen wegnehmbaren Teil 13. Zwischen dem feststehenden Teil 12 und dem
wegnehmbaren Teil 13 befindet sich der Formhohlraum 14.
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Oberhalb der Narbe 4 ist ein Gefäß 15 angeordnet, das den aus Fig.
1 ersichtlichen vertikalen Querschnitt hat, d.h. der obere Rand 16 des Gefäßes ist
nach innen eingezogen, so daß Gefäßbereiche 17 vorhanden sind, die radial weiter
außen liegen als der obere Rand 16.
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15 Das Gefäß/ist durch sechs Wände 18a - 18f in sechs Abteile 19a
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benachbarter Wände verändert werden kann.
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Von jedem der Abteile geht eine Fülleitung 20 aus, und zwar befindet
sich die Anschlußstelle an das Gefäß etwa im radial
äußersten Gefäßbereich.
Die Leitung führt zu der zugeordneten Form (dem Abteil 19a ist die Form 6a, dem
Abteil 19b die Form 6b zugeordnet usw.). Die Fülleitung führt zum radial innersten
Bereich des Formhohlraumes 14. Von diesem radial inneren Bereich geht auch eine
Entlüftungsleitung 21 aus, die wieder in das zugeordnete Abteil mündet, und zwar
im oberen Bereich des Gefäßes 15, der sich radial weiter innen befindet als der
Bereich, in dem die Fülleitung 12 angeschlossen ist. Hierdurch wird vermieden, daß
durch die Entlüftungsleitung zugleich eine Füllung stattfindet.
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Erwähnt sei noch, daß das Gefäß 15 samt den Leitungen 20, 21 mit dem
drehbaren Teil 2 der Form verbunden ist und deshalb mit diesem Teil rotiert, Oberhalb
des Gefäßes 15 ist ein Mischkopf 22 angeordnet, der einen unteren Auslauf 23 besitzt,
der radial noch innerhalb des Randes 16 des Gefäßes 15 liegt, jedoch seitlich gegenüber
der Drehachse versetzt ist, so daß ein bei 23 austretender Strahl in dasjenige Abteil
des Gefäßes fließt, das sich gerade unter dem Ausguß 23 befindet.
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Mit der Vorrichtung wird wie folgt gearbeitet.
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In den Formen wird eine gewünschte Temperatur erzeugt, z.B.
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mittels elektrischen Heizelementen oder auch mittels einer
Füllung
aus einem warmen Medium, wie z.B. warmem Öl, das innerhalb der Vorrichtung wiederum
z.B. durch elektrische Heizelemente erwärmt werden kann oder aber auch außerhalb
der Form, wobei dann ein Zu- und Abfluß vorhanden sein muß, der in der Zeichnung
nicht dargestellt ist. Wenn die Formen auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt
sind, wird der drehbare Teil 2 mit Hilfe des Elektromotors 3 auf die gewünschte
Drehzahl gebracht. Wenn diese erreicht ist, läßt man bei 23 aktiv vierte Masse mit
einem gleichmäßigen Strahl von genau bestimmter Stärke austreten. Dieser Strahl
wird im Gefäß 15 aufgefangen, wobei je nach dem Winkelabstand der Abteilwände mehroder
weniger Masse in ein Abteil strömt, da ja der Teil 2 und damit auch das Gefäß 15
mit gleichbleibender Geschwindigkeit rotiert.
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Die Masse gelangt wegen der Zentrifugalkraft in die radial äußeren
Bereiche 17 und wird wiederum unter der Wirkung der Zentrifugalkraft und einer gewissen
Schwerkraftkomponente durch die Leitungen 20 in die Formhohlräume 14 fließen.
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Die Kunststoffmasse wird nur so langsam zugegeben, daß zunächst nur
die radial äußeren Bereiche der Formhohlräume gefüllt werden. In diesen radial äußeren
Bereichen findet nun eine Schrumpfung um etwa 15 Volumenprozent statt, wenn Caprolactam
verarbeitet wird. Die dadurch frei werdenden Volumina werden von nachfließender
Masse aufgefüllt. Es kommt darauf an,
daß die Zulaufgeschwindigkeit
so eingestellt wird, daß die Schrumpfung von den radial äußeren Bereichen der Formhohlräume
zu den radial inneren Bereichen hin fortschreitet. Dann ist gewährleistet, daß die
bei der Schrumpfung frei werdenden Volumina aufgefüllt werden. Wenn die Form ganz
gefüllt ist, wird noch so lange Masse zugeführt, bis auch die Schrumpfung in den
radial inneren Bereichen der Formhohlräume 14 beendet ist. Danach wird die Materialzufuhr
gestoppt. Nach Erstarrung der Masse werden die wegnehmbaren Teile 13 der Formen
weggenommen und das in Fig. 3 dargestellte Gußstück 24 wird entnommen. Am Gußstück
24, das im dargestellten Fall kastenförmig ist, befindet sich ein Anguß 25, der
nacher noch entfernt wird.