DE2613382C3 - Verfahren zur Herstellung von stabförmigen Hohlkörpern, insbesondere von Kapillaren, und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Herstellung von stabförmigen Hohlkörpern mit großer Bohrungslänge und kleinem Bohrungsquerschnitt treten verschiedene Schwierigkeiten auf. Dies trifft insbesondere auf die Herstellung von Kapillaren für Thermometer zu, bei denen der Innendurchmesser etwa in der Größenordnung von 0,1 bis 1,0 mm liegt Der Querschnitt solcher Kapillaren muß Ober eine große Länge konstant bleiben bzw. dürfen die Abweichungen ein bestimmtes Maß nicht überschreiten, weil sonst die Genauigkeit der Temperaturanzeige leidet Derartige Kapillaren sind im Querschnitt nicht nur kreisrund, sondern können auch, insbesondere um eine bessere Ablesbarkeit des Flüssigkeitsstandes der Thermometerflüssigkeit zu gewährleisten, oval, rechtekkig, dreieckig usw. sein.

Bei der Herstellung von Kapillaren aus Glas kann die Innenbohrung nicht beliebig hergestellt werden. Der Herstellungsvorgang einer aus Glas bestehenden Kapillare stellt sich als Ziehvorgang dar, wobei nach dem Erstarren des Glases zwar eines Kapillare sehr großer Länge erhalten wird, diese Kapillare jedoch eine bohrung aufweist, die über die Länge starken Schwankungen hinsichtlich ihrer Abmessungen unterworfen ist Es ist deshalb notwendig, aus der gezogenen Glaskapillare bestimmte Teilstücke mit konstantem oder nahezu konstantem Bohrungsquerschnitt auszuwählen und herauszubrechen. Dieses Verfahren ist, was nicht weiter ausgeführt werden muß, verhältnismäßig umständlich und damit kostspielig. Ein weiterer Nachteil von Glaskapillaren besteht darin, daß Glas schon bei geringen Erschütterungen oder Stoßbeanspruchungen bricht, was nicht nur beim Gebrauch Vorsicht erfordert, sondern insbesondere für den Transport erhebliche Aufwendungen bedeutet, nachdem derartige Kapillaren bzw. mit Glaskapillaren versehene Thermometer besonders und aufwendig verpackt werden müssen.

Wird bei der Herstellung Kunststoff verwendet, kommt es beim Erstarren und Erkalten des zunächst flüssig eingespritzten oder eingegossenen Kunststoffes zu einem Aufschrumpfen des Kunststoffs auf die von ihm umgebenen Teile, beispielsweise den Kern für die spätere Bohrung. Bei einem aus der US-PS 35 85 707 bekannten Verfahren zur Herstellung von stabförmigen Hohlkörpern aus Kunststoff wird ein duktiler Draht als Kern eingesetzt und mit Kunststoff umspritzt Nach dem Erstarren des Kunststoffs wird der Kern unter Zugspannung gesetzt, wodurch sich sein Durchmesser verringert und er herausgezogen werden kann. Derselbe Weg wird im wesentlichen auch in der DE-OS 25 09 880 vorgeschlagen.

Diese Art der Herstellung der Bohrung mag zwar bei kürzeren stabförmigen Hohlkörpern durchaus durchführbar sein, jedoch ergibt sich die Schwierigkeit daß es bei größeren Längenabmessungen des stabförmigen Hohlkörpers zu einem Reißen des eingelegten fadenförmigen Kerns kommt, so daß Reststücke des Kerns im Inneren verbleiben, die nicht entfernt werden können, wodurch fehlerhafte bzw. unbrauchbare Hohlkörper erhalten werden. Gerade aber Kapillaren von Thermometern weisen oft eine erhebliche Länge auf, so daß das bekannte Verfahren nicht immer zum Ziel führt Auch ist bei dem bekannten Verfahren darauf hinzuweisen, daß erhebliche Zugkräfte beim Herausziehen des Kerns aufgewendet werden müssen, so daß das verwendete duktile Material eine hohe Zugfestigkeit aufweisen muß.

Gemäß der DE-OS 22 19 811 werden die Schrumpfspannungen zwischen Kern und Kunstsoffmantel dadurch aufgehoben, daß das ganze Gebilde der

Einwirkung einer sich am Mantel drehenden Rolle unterworfen wird, wodurch sich der schlauchförmige Kunststoffmantel im Durchmesser vergrößert und so vom Kern entfernt werden kann. Auch durch Zerstörung des Kerns soll ein Hohlkörper erhalten werden.

Auch dieses bekannte Verfahren läßt sich mit Erfolg nur zur Herstellung von Hohlkörpern mit geringer Längenabmessung verwenden, nicht jedoch von solchen mit großer Bohrungslänge und kleinem Bohrungsquerschnitt. Auch läßt die Maßhaltigkeit der so hergestellten Hohlkörper zu wünschen übrig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art insoweit zu verbessern, daß der Kern ohne Schwierigkeiten herausgezogen werden kann, ohne daß es großer Zugkräfte bedarf. Dabei sollen stabförmig? Hohlkörper, insbesondere Kapillaren von Thermometern erhalten werden, die auch über größere Länge einen konstanten Bohrungsquerschnitt aufweisen, bzw. bei denen die Toleranzen des Bohrungsquer-Schnitts vernachlässigbar klein sind, wobei die Bruchfestigkeit derartiger Kapillaren bedeutend erhöht werden solL Die Aufgabe der Erfindung ist auch in der Schaffung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu sehen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei der Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale vorgesehen, wobei noch in den Unteransprüchen zwei bis fünf für die Aufgabenlösung vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen beansprucht sind. Hinsichtlich der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 6 angegebenen Gestaltungsmerkmale vorgesehen; die in den Ansprüchen 7 bis 10 enthaltenen Merkmale stellen für die Aufgabenlösung ebenfalls vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen dar.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Hohlkörper mit sehr kleinem Bohrungsquerschnitt bezogen auf die Gesamtlänge, insbesondere also Kapillaren, aus Kunststoff herstellen, wobei der Querschnitt der Bohrung bzw. Kapillare auch über eine größere Länge konstant ist Damit läßt sich die Genauigkeit derartiger Thermometer wesentlich erhöhen, ganz zu schweigen von der Bruchfestigkeit, die durch die entsprechenden Eigenschaften des Kunststoffs gegeben sind. Das Herausziehen des als Kern dienenden Fadens läßt sich über eine große Länge bewerkstelligen, wie entsprechende Versuche gezeigt haben, ohne daß es besonders großer Zugkräfte bedarf, so Selbst dann, wenn es wider Erwarten zu einem Abreißen des Fadens im Inneren der Form kommt, läßt sich der Faden trotzdem entfernen, indem nunmehr das andere Ende des Fadens unter Zugspannung gesetzt wird, so daß auch dieser Teil des Fadens herausgezogen werden kann. Ergänzend sei noch darauf hingewiesen, daß es auch möglich ist, zugleich mit der Kapillare das Vorratsgefäß eines Thermometers herzustellen, indem z. B. der als Kern dienende Faden an der Stelle, an der das Vorratsgefäß entstehen soll, eine entsprechende n< Verdickung aufweist

In der nachfolgenden Beschreibung, die Bezug nimmt auf die Zeichnung, sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in schematicher Darstellung den Herste!- <■> lungsvorgang einer Kapillare

F i g. 2 einen Teilausschnitt aus F i g. 1, F i g. 3 und F i g. 4 weitere Verfahren zur Herstellung

insbesondere von Kapillaren,

Fig.5 in ächematischer Darstellung in Seitenansicht ein Werkzeug bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

F i g. 6 und F i g. 7 Einzelheiten der Vorrichtung.

In F i g. 1 ist in einer Form 1 in koaxialer Ausrichtung zu ihr ein vorzugsweise kalibrierter fadenförmiger Kern 2 angeordnet, der unter geringer Zug- bzw. Vorspannung gehalten ist Derartige als Fäden ausgebildete metallische Kerne lassen sich exakt nach herkömmlichen Methoden herstellen, wobei die Durchmesserschwankungen über die Länge praktisch 0 sind, d. h. der als Kern 2 verwendete Faden weist über seine Länge konstanten Querschnitt auf. Nachdem der Kern 2 in die Form 1 eingebracht und unter geringe Zugspannung gesetzt ist, was beispielsweise, wie in F i g. 1 gezeigt durch jeweils eine oberhalb und unterhalb der Form 1 angeordnete Spannzange 3 und 4 geschieht die die Enden des Kerns 2 halten, wird der flüssige Kunststoff beispielsweise bei 5 eingespritzt wotui er sich gemäß den Pfeilen A allmählich nach oben tür-, verteilt In F i g. 1 ist die Herstellung einer Kapillare für ein Thermometer dargestellt Mit 6 ist hierbei das Vorratsgefäß bezeichnet welches die Thermometerflüssigkeit abnimmt Es braucht nicht weiter betont zu werden, daß der eingespritzte Kunststoff resistent gegenüber der verwendeten Thermometerflüssigkeit sein muß, d.h. der verwendete Kunststoff darf sich beispielsweise in der Thermometerflüssigkeit nicht auf- bzw. anlösen. Nach dem Erkalten und Erstarren des eingespritzten Kunststoffs entstehen Schrumpfspannungen, die in Fig.2 schematisch mit Pfeilen B bezeichnet ist wobei diese Schrumpfspannung den Kern 2 festhält Der Kern 2 weist dabei den Durchmesser D auf. Um nun den Kern 2 leicht aus der Form gemäß Pfeil C herausziehen zu können, müssen die Schrumpfspannungen aufgehoben werden. Dies geschieht durch eine Veränderung der Kerntempevatur gegenüber der Temperatur des eingebrachten Kunststoffes nach dessen Erstarren. Bei Erwärmung wird der unmittelbar am Kern 2 anliegende Kunststoff zumindest teilweise angeschmolzen; bei Abkühlung verringert sich der Durchmesser des Kerns 2 bis auf den Wert d, bei dem die Schrumpfspannung des eingespritzten Kunststoffes nicht mehr wirkt

In F i g. 3 ist eine Möglichkeit zur Entformung bzw. Entfernung des als Faden ausgebildeten Kerns 2 gezeigt Hierbei besteht der Kern 2 aus einem Widerstandsdraht 7, der mit Kunststoff ummantelt ist (Ummantelung 8). Hierbei kann als Kunststoff in erster Linie Polytetrafluoräthylen, also Fluorpolymere, Verwendung finden. Dieses Kunststoffmaterial verhindert ein Ankleben der Schmelze Wird nun, wie in Fig.3 schematisch dargestellt an den Widerstandsdraht 7 eine Spannung angelegt so daß ein elektrischer Strom fließt so kommt es zu einer Erwärmung des Widerstandsdrahtes 7 und der Kunststoffummantelung 8, so daß der an der Kunststoffummantelung 8 unmittelbar anliegende eingespritzte Kunststoff anschmilzt und der Kern 2 mit der Kunststoffummantelung aus der Form entfernt werden kann, wobei ein Verschmieren der Bohrung aufgrund der guten Gleiteigenschaften des für die Kunststoffummantelung verwendeten Materials ausgeschlossen ist. Der Kern 2 kann also ohne Schwierigkeiten aus der Form gezogen werden, wie beispielsweise in Fig.2 durch den Pfeil C angedeutet ist. Eine weitere Möglichkeit zur leichten Entformung des Kerns aus der Form ist in F i g. 4 schematisch dargestellt Hierbei wird

als Kern ein Kanülendraht 9 verwendet. Es handelt sich hierbei um einen Draht, der eine Bohrung 10 besitzt. Wesentlich dabei für die exakte Einhaltung der Durchmessermaße der Kapillare sind die Außenabmessungen des Kanülendrahts 9, die exakt eingehalten werden können. Nach dem Erkalten des den Kanülendraht 9 umgebenden Kunststoffs wird durch den Kanülendraht 9 gemäß Pfeil D ein Kühlmedium dKrchgeleitet, so daß es zu einer entsprechenden Durchmesserverringerung des Kanülendrahts 9 kommt, ι ο Als derartiges Kühlmedium läßt sich beispielsweise Stickstoff, Äther, Chloroform usw. verwenden. Nach der durch das Kühlmittel eingeleiteten Schrumpfung des Kanülendrahts 9 ist ein leichtes Herausziehen des Kanülendrahts 9 möglich. Durch den Kanülendraht 9 kann auch ein wärmeabgebendes Medium hindurchgeleitet werden, so daß es im Randbereich, d. h. am übergang νυπι Kanüieiiurahi 5 zur umgebenden erstarrten Kunststoffschmelze, zu einem teilweisen Abschmelzen des erstarrten Kunststoffmaterials kommt, wodurch die Schrumpfspannung ebenfalls aufgehoben wird und ein leichtes Entfernen des Kanülendrahts 9 möglich ist.

Wie bereits im Zusammenhang mit F i g. 1 ausgeführt, wird der fadenförmige Kern 2 jeweils oberhalb und unterhalb der Form 1 durch Spannzangen 3 und 4 unter geringer Zug- bzw. Vorspannung gehalten. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Kern 2 eine exakte Lage bezüglich der Form 1 erhält. Damit diese exakte koaxiale Lage auch während des Einspritzen des in Kunststoffs beibehalten wird, ist vorgesehen, wie insbesondere in F i g. 6 und 7 schematisch gezeigt ist, in den Hohlraum 11 zwischen dem Kern 2 und den Formwänden 12 Distanzstücke 13 einzulegen. Diese mit axialen Abstand zueinander angeordneten Disianzstük- v> ke 13 sind, wie Fig.7 zeigt, mit radial nach innen weisenden Vorsprüngen 14 versehen, die sich an den Kern 2 anlegen und diesen exakt halten. Die Distanzstlicke 13 sind mit Durchbrüchen 15 versehen, um den Durchtritt des eingebrachten Kunststoffes zu ermöglichen. Vorzugsweise bestehen die Distanzstücke 13 aus einem Kunststoff, der dem eingespritzten bzw. eingegossenen Kunststoff entspricht Wird nun der Kunststoff in den Hohlraum 11 zwischen den Formwänden 12 und dem Kern 2 eingespritzt, so kommt es zu einem teilweisen Abschmelzen bzw. Aufschmelzen der Spitzen der Vorsprünge 14, so daß nach dem Erstarren und Erkalten des eingespritzten Kunststoffs dieser mit den Distanzstücken 13 eine Einheit bildet. Die Entfernung des Kerns 2 erfolgt dann auf die weiter oben beschriebene Weise. Die Distanzstücke 13 sind in der Form gegen Verrutschen arretiert.

Zwischen dem fadenförmigen Kern 2 und den Formwänden 12 kann, wie aus F i g. 5 folgt, auch ein am Kern 2 und den Formwänden 12 gleitend gehaltenes

FuiirüngSsiück 1Θ üngcüFuFici sein. Dieses Füi'ii'üi'igS-

stück 16 ist gekühlt, d. h. es sind, wie in F1 g. 5 gestrichelt gezeigt. Leitungen 17 und 18 für den Zu- bzw. Ablauf einer Kühlflüssigkeit vorgesehen, wobei die Kühlflüssigkeit beispielsweise über die Zuleitung 17 zum Führungsstück 16 über die Ableitung 18 wieder abgeführt wird. Wird nun der flüssige Kunststoff bei 19 in die Form eingespritzt, so verlagert sich das Führungsstück 16 allmählich unter gleichzeitiger Kühlung des Kerns 2 nach oben. Das Führungsstück 16 wird dabei durch den Preßdruck bzw. Einspritzdruck nach oben verlagert, gleichzeitig aber durch das oberhalb des FührungsstUcks 16 liegende Luftpolster in seiner Bewegung abgebremst. Auf diese Weise wird ein gleichmäßiges Erstarren und Erkalten des eingespritzten Kunststoffes sichergestellt, während der Kern 2 exakt koaxial gehalten ist. In F i g. 5 ist auch die schematisch dargestellte untere Spannzange 4 erkennbar. Die Bremswirkung des Luftpolsters über dem Führungsstück 16 kann noch durch entsprechende Ventile, Düsen usw. reguliert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   l_t Verfahren zur Herstellung von stabförmigen Hohlkörpern aus Kunststoff durch Spritzen oder Gießen mit großer Bohrungslänge und kleinem s Bohrungsquerschnitt, insbesondere von Kapillaren von Thermometern, bei dem der. flüssige oder plastisch bildsame Kunststoff auf einen fadenförmigen metallischen Kern aufgebracht wird, der nach dem Erstarren des ihn umhüllenden Kunststoffes und Aufhebung der Schrumpfspannung herausgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Kerns (2) nach dem Erstarren des eingebrachten Kunststoffes gegenüber diesem verändert wird. is
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kern (2) ein kunststoffummantelter Widerstandsdraht (7) verwendet wird, der nach dem Erstarren des eingebrachten Kunststoffs zum Erweichen bzw. Anschmelzen des unmittelbar an der Kunststoffummantelung (8) anliegenden Kunststoffes an eine elektrische Spannung angelegt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstandsdraht (7) ein Wolframdraht bzw.-streifen verwendet wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Kern (2) ein metallischer Kanülendraht (9) verwendet wird, durch den nach dem Erstarren des Kunststoffs ein Kühlmedium durchgeleitet wird.
5. 5. Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kern (2) ein metallischer Kanülendraht (9) verwendet wirrt, durch den nach dem Erstarren des Kunststoffes ein v^rmeabgebendes Medium durchgeleitet wird.
6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb und unterhalb der Form jeweils eine den Kern (2) haltende Spannzange (3,4) angeordnet ist
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum (11) zwischen Kern (2) und Formwänden (12) mit axialem Abstand zueinander arretierte Distanzstücke (13) angeordnet sind, die mit radial nach innen weisenden, den Kern (2) arretierenden Vorsprüngen (14) versehen sind, wobei Durchbrüche (15) zum Durchtritt des eingebrachten Kunststoffes ausgebildet werden.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzstücke (13) aus Kunststoff bestehen, der dem eingespritzten bzw. eingegossenen Kunststoff entspricht
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kern (2) und Formwänden (12) ein am Kern (2) und den Formwänden (12) gleitend gehaltenes Führungsstück (16) angeordnet ist
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsstück (16) gekühlt ist wi