DE4321802A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Formen von Külbeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Külbelformvorrichtung und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen von Külbeln unter Verwendung eines Gemisches aus einem Hauptharzmaterial und einem Zusatzharzmaterial, bestehend aus mindestens zwei Arten zusätzlicher Materialien oder Stoffe, wie Polyamid und Klebmittelharz. Insbesondere sind die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfin­ dung dahingehend verbessert, daß die Struktur der Schicht und die Verteilung des Zusatzharzes in einer Umfangsrich­ tung des Külbels und an einem Schweiß- oder Verschmelz­ abschnitt desselben gleichmäßig sind.

Es gibt verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Formen eines Külbels aus einem Gemisch verschiedener Stoff­ arten. Die in den Fig. 4 bis 6 dargestellte Vorrichtung wird in diesem Zusammenhang am verbreitetsten eingesetzt.

In Fig. 4 ist ein mit einer Düse 3 einer Strangpresse oder eines Extruders 2 gekoppelter Külbelkopf 1 des Spei­ chertyps dargestellt. Mit der Düse 3 steht ein im Külbel­ kopf 1 geformter rohrförmiger Sammler 4 in Verbindung.

Der Sammler 4 weist eine durch einen Kolben 6, der durch einen Arbeitszylinder 100 lotrecht verschiebbar ist, festgelegte Akkumulator- bzw. Speicherkammer 7 auf, unter der sich ein konischer Kern 9 befindet, der seiner­ seits mit einer Stange 8 verbunden ist, die längs der Achse des Külbelkopfes 1 lotrecht verschiebbar ist. Die Dicke eines über eine Austragöffnung 10 ausgetragenen Külbels 11 wird durch die lotrechte Verschiebung des konischen Kerns 9 gesteuert. Die Austragöffnung 10 kommu­ niziert mit der Speicherkammer 7.

Bei der Külbelformvorrichtung mit dem beschriebenen Aufbau wird vom Extruder 2 zugespeistes (auf)geschmolzenes Harz dem Sammler 4 über die Düse 3 zugespeist. Im Sammler 4 verzweigt sich das geschmolzene Harz in zwei Ströme, die längs der Wand 4a des Sammlers 4 in Richtung der Pfeile in Fig. 5 strömen, wobei die Zweiganteile sich in einem der Düse 3 gegenüberliegenden Bereich vereini­ gen und damit einen Verschmelzbereich 5 bilden. Hierauf wird der Kolben 6 hochgefahren, so daß das geschmolzene Harz in der Kammer 7 gesammelt und gespeichert wird.

Wenn der Kolben 6 durch den Zylinder 100 nach unten getrieben wird, wird in der Speicherkammer 7 verweilendes geschmolzenes Harz über die Austragöffnung 10 in Form eines Külbels 11 extrudiert.

Bei einer anderen, nicht dargestellten, von einigen Herstellern eingesetzten Külbelformvorrichtung ist der Külbelkopf 1 vom Doppelstromtyp mit zwei Schichten, d. h. je einer inneren und äußeren Schicht, welche jeden Ver­ schmelzbereich (weld part) in verschiedenen Phasen her­ beiführen.

Die herkömmlichen Külbelformvorrichtungen und -verfah­ ren sind mit den folgenden Nachteilen behaftet:
Da bei der herkömmlichen Konstruktion der Sammler 4 eine ringförmige, geschlossene Strecke bildet, gabelt oder verzweigt sich das über die Düse 3 durch den Extru­ der extrudierte geschmolzene Harz in zwei Teile, die sich am Verschmelzbereich wieder vereinigen und in der Radialrichtung des Külbelkopfes 1 zusammenfließen (Fig. 5). Wenn der aus diesem Külbel blasgeformte Behälter mit Flüs­ sigkeit, z. B. Benzin, gefüllt wird, kann das Benzin mög­ licherweise über den Verschmelzbereich 5 des Behälters herausdringen.

Es ist bereits versucht worden, das Herausdringen von Benzin zu verhindern. Zu diesem Zweck wird das Hauptharz­ material mit einem Zusatzmaterial zur Verhinderung eines solchen Herausdringens bzw. einer Durchlässigkeit gemischt. Ein derartiges Zusatzmaterial wird z. B. durch Vermischen von Polyamid mit einem Klebmittelharz erhalten. Das Haupt­ harzmaterial einerseits und das Polyamid und Klebmittel­ harz andererseits werden im Verhältnis von 7 : 3 vermischt. Die Strömung des geschmolzenen Harzes verzweigt sich ge­ mäß Fig. 6 in zwei Strömungsrichtungen längs der Wand des Sammlers. Mit zunehmender Entfernung von der Düse wird der auf das geschmolzene Harz wirkende Extrudierdruck zunehmend schwächer. Demzufolge können größere Mengen an dem Zusatzharzmaterial im Bereich dicht an der Düse ver­ weilen. Dies bedeutet, daß möglicherweise (nur) kleinere Mengen des Zusatzharzmaterials den Verschmelzbereich errei­ chen können.

Da der Extrudierdruck im Verschmelzbereich niedrig ist, sind die Mengen der extrudierten Zusatzmaterialien klein. Die in Filmform dispergierten oder verteilten Men­ gen oder Anteile der Zusatzmaterialien, die ein Hindurch­ dringen von Flüssigkeit verhindern sollen, sind für eine Schichtbildung zu gering. Bei einem unter diesen Bedingungen blasgeformten Behälter, z. B. einem Benzinbe­ hälter oder Kraftstofftank, besitzt dessen Verschmelz­ bereich daher mangelhafte Sperreigenschaften. Deshalb kann z. B. Benzin leicht in den Verschmelzbereich eindringen und aus dem Behälter herausdringen.

Der bisherige Külbelkopf des Doppelschichttyps weist einen komplizierten Aufbau auf und ist deshalb für Mas­ senfertigung ungeeignet.

Es sind beispielsweise zwei Verfahren zum Formen von Kunststoff-Benzin- bzw. -Kraftstoffbehältern (sog. Benzin­ tanks) von Kraftfahrzeugen bekannt. Beim ersten Verfahren werden a) ein Hauptharzmaterial zur Aufrechterhaltung der Form des Behälters und zur Gewährleistung der erfor­ derlichen Festigkeit (Steifheit), b) ein Zusatzharz­ material zur Verbesserung der Sperr- oder Abdichteigen­ schaften oder der Benzinundurchlässigkeit sowie c) ein Klebmittel zum Verbinden der genannten Materialien a) und b) nach einem Mehrschicht-Blasformverfahren geformt. Beim zweiten Verfahren werden die Materialien a), b) und c) vorgemischt und nach einem Blasformverfahren zu einem Erzeugnis geformt (vgl. ungeprüfte JP-Patentanmeldung Hei.2-286219). Für die Durchführung des erstgenannten Verfahrens sind mehrere Extruder nötig, wodurch sich Maschinenkonstruktion und Betriebsweise komplizieren und die Kosten für die Maschine ansteigen.

Im Hinblick auf die obigen Gegebenheiten besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Formen von Külbeln unter Verwen­ dung mindestens zweier Materialarten in Form eines Haupt­ harzes und eines Hilfs- oder Zusatzharzes aus z. B. Poly­ amid und Klebmittelharz, wobei die Schichtbildung und Verteilung an der Verschmelzstelle (weld part) und in Um­ fangsrichtung des Külbels gleichmäßig sein sollen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 5 gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist ein Külbelformverfah­ ren zum Formen eines Külbels durch Zuspeisen von ge­ schmolzenem Harz, das mindestens zwei (verschiedene) Materialarten enthält, von einem Extruder in einen Külbel­ kopf, wobei ein Teil des in einem Verschmelzbereich be­ findlichen geschmolzenen Harzes über ein Strömungsregel­ ventil aus dem Külbelkopf ausgetragen bzw. abgeführt wird.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Külbelformvor­ richtung zum Formen eines Külbels durch Zuspeisen von ge­ schmolzenem Harz, das mindestens zwei (verschiedene) Materialarten enthält, aus einem Extruder in einen Külbel­ kopf, mit einem am Külbelkopf montierten Strömungsregel­ ventil zum Regeln der Menge an (abgeführtem) geschmolzenem Harz.

Bei der Vorrichtung und beim Verfahren gemäß der Er­ findung verzweigt (bifurcates) sich das vom Extruder über die Düse zugespeiste geschmolzene Harz, wobei die beiden verzweigten Teile jeweils längs der Wand des Sammlers strömen, um sich in dem der Düse gegenüberliegenden Be­ reich wieder zu vereinigen. Das geschmolzene Harz fließt dabei (zum Teil) über das der Düse gegenüberliegend ange­ ordnete Strömungsregelventil zur Außenseite des Külbel­ kopfes. Infolgedessen tritt die Erscheinung, daß die Ströme des geschmolzenen Harzes unter Bildung eines Naht­ bereichs aufeinander treffen, nicht auf. Die film- oder schichtartigen Zusatzmaterialien sind dabei im Hauptharz­ material über die gesamte Umfangserstreckung des Sammlers im wesentlichen gleichmäßig dispergiert oder verteilt (dispersed). Wenn das durch Einblasen von Luft in den so geformten Külbel erhaltene hohle, blasgeformte Erzeugnis mit z. B. Benzin gefüllt wird, tritt nur eine geringfügige Benzin-Durchdringung im Verschmelzbereich auf. Das geform­ te Erzeugnis ist mithin haltbar und zuverlässig.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer Külbelformvor­ richtung gemäß einer Ausführungsform der Erfin­ dung,

Fig. 2 einen waagerechten Querschnitt durch die Külbel­ formvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Querschnittdarstellung zur Er­ läuterung der Arbeitsweise der Külbelformvor­ richtung nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Längsschnittansicht einer herkömmlichen Külbelformvorrichtung,

Fig. 5 einen waagerechten Querschnitt durch die Vor­ richtung nach Fig. 4 und

Fig. 6 eine schematische Querschnittdarstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 4.

Die Fig. 4 bis 6 sind eingangs bereits erläutert worden.

In den Fig. 1 bis 3 sind den bereits beschriebenen Teilen nach den Fig. 4 bis 6 entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet.

In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 ein mit einer Düse 3 einer (eines) Strangpresse oder Extruders 2 ver­ bundener Külbelkopf des Speichertyps bezeichnet. Ein im Külbelkopf 1 geformter rohrförmiger Sammler 4 steht mit der Düse 3 in Verbindung.

An einer bestimmten Stelle im oberen Bereich der Außenseite des Külbelkopfes 1, entsprechend einem Ver­ schmelzbereich 5 (des Külbels), ist ein Block 22 montiert, der ein Strömungsregelventil 21 mit einem Ventilkörper 21a und einer mit dem Sammler 4 verbundenen Bohrung 20 ent­ hält. Die Bohrung 20 endet in einer Austragöffnung 23. Der Ventilkörper 21a dient zum Öffnen und Schließen der Bohrung 20 an einer Stelle nahe der Austragöffnung 23.

Der Sammler 4 enthält eine durch einen Kolben 6, der durch einen Zylinder 100 lotrecht verschiebbar ist, fest­ gelegte bzw. begrenzte Akkumulator- oder Speicherkammer 7, unter der ein konischer Kern 9 angeordnet ist, der seiner­ seits mit einer Stange 8 verbunden ist, welche ihrerseits längs des Külbelkopfes 1 lotrecht verschiebbar ist. Die Dicke eines über eine Austragöffnung 10 ausgetragenen Külbels 11 wird durch lotrechte Verschiebung des koni­ schen Kerns 9 geregelt. Die Austragöffnung 10 steht mit der Speicherkammer 7 in Verbindung.

Bei der beschriebenen Anordnung wird ein geschmolzenes Harz oder Schmelzharz 32 benutzt, das durch Vermischen eines Hauptharzmaterials 30 (Fig. 3), z. B. HMWPE (Poly­ ethylen hohen Molekulargewichts) mit einem Gemisch 31 aus zusätzlichen, vom Hauptharzmaterial 30 verschiedenen Materialien bzw. Stoffen gebildet wurde. Die Zusatzstof­ fe liegen in Film- oder Schichtform aus z. B. Polyamid und Klebmittelharz vor. Gemäß Fig. 2 wird das vom Extru­ der 2 extrudierte Schmelzharz 32 dem Sammler 4 über die Düse 3 zugeführt. Im Sammler 4 verzweigt sich das Schmelz­ harz in zwei Teile, die längs der Wand 4a des Sammlers 4 in den Richtungen der Pfeile in Fig. 2 fließen und sich in einem der Düse 3 gegenüberliegenden Bereich (wieder) ver­ einigen und in diesem Bereich einen geringen Verschmelzbe­ reich 5 bilden, worauf das Schmelzharz in diesem Bereich (zum Teil) über das Strömungsregelventil 21 austritt. Durch Hochfahren des Kolbens 6 wird das Schmelzharz in der Kam­ mer 7 gespeichert oder aufgenommen.

Es wurde ein Versuch durchgeführt, bei dem das Verhält­ nis des über das Strömungsregelventil 21 nach außen ausge­ tragenen oder abgeführten Harzes zu dem durch den Extruder 2 in den Külbelkopf extrudierten Harz verschiedentlich ge­ ändert und Harz in einem Anteil von 0%, 0,5%, 2% und 13% über die Austragöffnung 23 abgeführt wurde.

Wenn 0% des Schmelzharzes ausgetragen oder abgeführt wird, bilden sich im Verschmelzbereich 5 die filmartigen Schichten des Gemisches 31 nicht (vgl. Fig. 3).

Die Entstehung der filmartigen Schicht(en) im Ver­ schmelzbereich ist zu beobachten, wenn das Strömungsregel­ ventil 21 geöffnet ist oder wird. Bei (Abführ-)Verhältnissen von 0,5% und 2% ist eine geringfügige Bildung der filmarti­ gen Schichten zu beobachten, die jedoch mit derjenigen bei einem Verhältnis von 0% vergleichbar ist. Bei einer Er­ höhung des Verhältnisses auf 13% kann eine praktisch gleichmäßige Bildung der filmartigen Schicht(en) des Zu­ satzmaterials 31 (auch in anderen Bereichen) festgestellt werden. Als Ergebnis der Versuche wurde geschlossen, daß das optimale Verhältnis (bzw. der optimale Anteil) des über das Strömungsregelventil abgeführten Schmelzharzes im Bereich von etwa 10-15% liegt. Innerhalb dieses Be­ reichs bildet sich das film- oder schichtartige Gemisch 31 im Hauptharzmaterial 30 im wesentlichen gleichmäßig über die gesamte Umfangserstreckung des Sammlers. Wenn das re­ sultierende Erzeugnis mit Flüssigkeit, z. B. Benzin, ge­ füllt wird, tritt nur ein geringfügiges Herausdringen der Flüssigkeit im Verschmelzbereich auf.

Wenn bei dem beschriebenen Külbelkopf das zwei ver­ schiedene Materialarten enthaltende bzw. umfassende Schmelz­ harz 32 in der Speicherkammer 7 aufgenommen ist (is stayed) und der Kolben 6 herabgefahren wird, wird über die Austrag­ öffnung 10 ein Külbel 11 ausgetrieben, dessen Dicke durch den konischen Kern 9 bestimmt wird.

In dem so geformten Külbel 11 ist das film- oder schichtartige Gemisch 31, das ein Herausdringen von im fertigen Behälter enthaltener Flüssigkeit blockiert, in­ nerhalb des Hauptharzmaterials 30 enthalten. Dieses film­ artige Gemisch 31 ist dabei selbstverständlich auch im Verschmelzbereich 5 enthalten. Wenn der Külbel zu einem Kraftstoffbehälter verarbeitet wird, tritt mithin in des­ sen Verschmelzbereich (weld part) kein Kraftstoff (Benzin) aus. Ersichtlicherweise kann das Schmelzharz auch aus mehr als zwei verschiedenen Materialien bestehen, obgleich bei der beschriebenen Ausführungsform nur zwei Material­ arten vorgesehen sind.

Das Verfahren und die Vorrichtung zum Formen von Kül­ beln, wie oben beschrieben, bieten die folgenden vorteil­ haften Wirkungen:

Beim Extrudieren von geschmolzenem Harz oder Schmelz­ harz aus mindestens zwei Materialarten, wie Hauptharz­ material und (Zusatz-)Gemisch, wird eine bestimmte Menge des Schmelzharzes über das Strömungsregelventil, das an einer Stelle entsprechend dem Verschmelzbereich 5 (der beiden Teilströme) angeordnet ist, aus dem Külbelkopf ent­ lassen. Infolgedessen tritt im Verschmelzbereich 5 keine Trennung des Schmelzharzes auf. Das Gemisch 31 zur Ver­ hinderung einer Durchlässigkeit des Schmelzharzes ist auch im Verschmelzbereich 5 geformt bzw. vorhanden. Auf diese Weise können ohne weiteres Külbel geformt werden, bei denen das Durchlässigkeitsproblem nicht gegeben ist.

Der Külbelkopf kann ferner einen einfachen Aufbau auf­ weisen, wobei auch keine Stagnation des Schmelzharzes auf­ tritt. Demzufolge können auch bei Verwendung eines ziem­ lich wärmeempfindlichen Harzes auf einfache Weise Külbel geformt werden.

Das über das Strömungsregelventil aus dem Külbelkopf abgeführte Harz kann für Külbelformung wiederverwendet werden, indem es zu Pellets (Granulat) oder Pulver verar­ beitet wird. Diesbezüglich trägt die Erfindung zu einer Schonung der Rohstoffvorräte bei.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Formen von Külbeln, umfassend:
einen eine Akkumulator- oder Speicherkammer bildenden Sammler, der mit einer Düse eines Extruders in Verbindung steht, welcher seinerseits ein geschmolzenes Harz oder Schmelzharz in den Sammler extrudiert,
einen am Sammler montierten oder geführten, durch einen Arbeitszylinder antreibbaren Kolben,
einen Kern, der mit einer Stange verbunden ist, die in lotrechter Richtung auf eine(r) Achse eines Külbel­ kopfes positioniert oder ausgerichtet ist, und
ein Strömungsregelventil zum Regeln eines zu einer Außenseite des Külbelkopfes auszutragenden oder abzufüh­ renden Mengenanteils des vom Extruder extrudierten Schmelz­ harzes,
wobei das Strömungsregelventil an einem Verschmelzbereich (von Schmelzharzteilströmen) des Külbelkopfes montiert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schmelzharz aus mindestens zwei Materialarten besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schmelzharz ein Hauptharzmaterial und ein (Zusatz-)Gemisch enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das (Zusatz-)Gemisch Polyamid und ein Klebmittelharz enthält.

5. Verfahren zum Formen von Külbeln, umfassend die folgenden Schritte:
Zuspeisen eines geschmolzenen Harzes oder Schmelz­ harzes mit mindestens zwei Materialien, bestehend aus einem Hauptharzmaterial und einem (Zusatz-)Gemisch, aus einem Extruder in einen Külbelkopf,
Fließenlassen des Schmelzharzes längs einer Wand eines Sammlers des Külbelkopfes,
Zusammenführen des Schmelzharzes an einem einer Düse des Külbelkopfes bzw. des Extruders gegenüberliegenden Verschmelzbereich und
Austragen eines Teils des Schmelzharzes aus dem Külbelkopf über ein Strömungsregelventil.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das (Zusatz-)Gemisch Polyamid enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das (Zusatz-)Gemisch ferner ein Klebmittel zur Verbesserung der Bindungseigenschaft(en) der beiden Materialien enthält.