DE69001204T2 - Vorrichtung zur Rekuperation durch Schmelzen des Metalls eines schmelzbaren Kerns. - Google Patents
Vorrichtung zur Rekuperation durch Schmelzen des Metalls eines schmelzbaren Kerns.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung durch Schmelzen des Metalls eines schmelzbaren Kerns.
- Um Hohlkörper aus thermoplastischem Material herzustellen, insbesondere durch Spritzguß, ist es bekannt, die Technik des Formens eines schmelzbaren Kerns zurückzugreifen. Gemäß dieser Technik, die insbesondere in dem Patent FR-A-1162096 erläutert wird, bringt man fachgemäß in die Spritzgußform einen schmelzbaren Kern, der dem hohlen Teil des gewünschten Körpers entspricht und man spritzt das geschmolzene thermoplastische Material in die so ausgerüstete Form. Nach der Entformung empfiehlt es sich, allgemein durch Schmelzen, den schmelzbaren Kern dann zu entfernen, um schließlich den gewünschten geformten Hohlkörper zu erhalten.
- Gemäß einer ersten Technik, die im übrigen in dem vorher zitierten Patent erwähnt ist, kann man hierzu den geformten Körper in ein Bad eintauchen, das eine warme Flüssigkeit enthält, wie z.B. ein Trägeröl und das auf einer Temperatur gehalten wird, die mindestens gleich ist der Schmelztemperatur des den Kern bildenden Materials. Diese Technik erfordert jedoch eine relativ lange Zeit, da die Wärme zum Kern hin die Wand des Körpers durchdringen muß und somit ein thermoplastisches Material, das wenig wärmeleitend ist. Außerdem erfordert diese Technik, daß man schmelzbare Kerne mit einer Schmelztemperatur anwendet, die deutlich unter der des thermoplastischen Materials, das der Körper bildet, liegt, was Probleme beim Spritzguß bilden könnte.
- Gemäß einer zweiten Technik, die insbesondere in dem Patent GB-A-1250476 und in der Patentanmeldung JA-A-63-227310 offenbart wird, kann man den schmelzbaren Kern entfernen, indem man den geformten Körper in eine Spule zur Erwärmung mit elektrischer Induktion einsetzt. Diese Technik bietet den Vorteil, daß die Wärme zum Schmelzen des Kerns direkt mitten in letzterem erzeugt wird und läßt somit ein viel schnelleres Schmelzen des Kerns zu.
- Bei dieser Technik müssen jedoch Vorkehrungen getroffen werden, um jedes zufällige Ausfließen des geschmolzenen Metalls auf die Induktionsspule zu vermeiden und demgemäß jedes Risiko eines Kurzschlusses. Andererseits hat die Anmelderin angegeben, daß der Kern zuerst an der Oberfläche schmolz und dann an der Außenschicht und zwar insbesondere an den Teilen mit großen Normalschnitten bzw. großen Querschnitten im Induktionsfeld und daß nach dem Schmelzen der oberflächlichen Zonen die Erwärmung durch Induktion dramatisch aufhörte, wirksam zu sein, da in diesem Moment die Bereiche des Metalls, die zu Schmelzen bleiben, dunn sind. Daraus resultiert somit, daß diese zweite Technik sich nicht eignet, um die letzten Spuren des schmelzbaren Kerns zu entfernen und als Konsequenz die erzeugten geformten Körper noch restliche Metallteilchen enthalten können, die von der unvollständigen Entfernung des schmelzbaren Kerns stammen.
- In dem Patent US-A-4464324 wird andererseits eine Technik zur Entfernung eines schmelzbaren Kerns vorgeschlagen, die darin besteht, den geformten Körper in ein Bad einer warmen Flüssigkeit einzutauchen, wobei der schmelzbare Kern mit elektrischen Widerständen ausgestattet sein kann, die mit einer Quelle für elektrischen Strom verbunden sind. Auf diese Weise läßt der elektrische Strom ein schnelles Schmelzen des größten zentralen Teils des Kerns zu und das warme Bad wirkt damit zusammen, um das Schmelzen der letzten festen Teilchen des Kerns hervorzurufen. Jedoch erfordert diese Technik die Anwendung spezieller und teurer schmelzbarer Kerne, da sie mit elektrischen Widerständen ausgerüstet sind.
- Die Anmelderin hat nun eine Vorrichtung entwickelt zur vollständigen Entfernung eines schmelzbaren Kerns, der verwendet wird, um einen Hohlkörper zu formen, die sich als sehr wirksam erweist und die nicht die Anwendung spezieller schmelzbarer Kerne erfordert.
- Die vorliegende Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung, wie sie z.B. in "Kunststoffe" Vol. 77, Nr. 12, Dezember 1987, Seiten 1237 - 1240 beschrieben ist, die eine Vorrichtung beschreibt zur Wiedergewinnung durch Schmelzen des Metalls eines schmelzbaren Kerns, der zum Gießen eines Hohlkörpers aus Kunststoff verwendet wird, umfassend ein Bad einer Flüssigkeit, die auf eine Temperatur gebracht wird, die mindestens gleich der Schmelztemperatur des Metalls ist, Mittel zum Einführen und Halten des Hohlkörpers in dem Bad und Mittel zum Erhitzen durch elektrische Induktion des schmelzbaren Kerns des in das Bad eingetauchten Hohlkörpers. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß das Bad in einer dichten Ummantelung enthalten ist, die aus einem nicht elektrizitätsleitenden Material hergestellt und gegenüber der Temperatur des Bades beständig ist und, daß die Mittel zum Erhitzen durch elektrische Induktion außerhalb und um die Ummantelung herum angebracht sind.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt nun eine gleichzeitige Ausnutzung der Erwärmung mit einer warmen Flüssigkeit und der Erwärmung mit elektrischer Induktion zu und dies unter optimalen Bedingungen.
- Tatsächlich ist die Einrichtung zur Erwärmung durch elektrische Induktion, da sie außerhalb der Ummantelung angeordnet ist, leicht zugänglich, z.B. für eine gegebenenfalls notwendige Reparatur und die Kontrolle ihrer Funktionen wird erleichtert. Außerdem wird das Abkühlen der Einrichtung zur Erwärmung durch elektrische Induktion viel leichter gemacht. So kann das Abkühlen mit Wasser ohne Risiko eines Entweichens in das warme Bad und ohne gleichzeitige und nicht wünschenswerte Abkühlung des Flüssigkeitsbades sichergestellt werden. Außerdem sind die Risiken einer Verschmutzung der Spiralen der elektrischen Heizeinrichtung durch ein Auslaufen des geschmolzenen Metalls, das den schmelzbaren Kern bildet, ausgeschaltet. Schließlich erlaubt die Verwendung einer Heizeinrichtung, die außerhalb des Bades angeordnet ist, die Verwendung einer volumendichten Ummantelung und somit eines geringeren Raumbedarfs und demzufolge die Verwendung eines Volumens an thermischer Flüssigkeit, das auch geringer ist.
- Außerdem ruft in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Erwärmung durch elektrische Induktion ein schnelles Schmelzen des Kerns, beginnend an seiner Oberfläche und in den Zonen mit größeren Querschnitten im Induktionsfeld hervor und demzufolge ein Fließen des geschmolzenen Metalls in diesen Zonen, was ein Eindringen in den so freigesetzten Raum zwischen dem gespritzen Körper und dem Rest des Kerns von warmer Badflüssigkeit zuläßt, was das Schmelzen der letzten festen Spuren des schmelzbaren Kerns erleichtert, wenn die Erwärmung durch elektrische Induktion weniger wirksam wird.
- Für die Herstellung einer dichten Ummantelung für das Flüssigkeitsbad wählt man vorzugsweise ein nicht elektrizitätsleitendes Material aus, das gegenüber den Temperaturen des Flüssigkeitsbades, die zwischen 100 und 250ºC liegen, beständig ist.
- Als solche Materialien können insbesondere genannt werden:
- - Glas und Keramik;
- - duroplastische Harze, die gegebenenfalls mit Glas oder mineralischen Materialien gefüllt sind, wie z.B. Epoxidharze,
- Polyesterharze, Phenolharze und Harze auf Basis von Melamin;
- - thermoplastische Harze mit einem erhöhten Schmelzpunkt, wie z.B. fluorierte Polymere, wie Polyvinylidenfluorid, Polyetherketone, Polyetherimide, etc.
- Das Mittel bzw. die Einrichtung zur Erwärmung durch elektrische Induktion ist allgemein aufgebaut aus einer Spule, die von einer Ummantelung umgeben ist, die von einem hochfrequenten Strom mit 400 bis 20.000 Hz mit einer Nennleistung von 100 bis 250 kW gespeist wird. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung muß die Gegenwart jedes metallischen Elements in einer Entfernung von der Spule von weniger als 30 cm und vorzugsweise weniger als 40 cm vermieden werden, da dies das Risiko hervorruft, daß diese sich unter der Einwirkung der Erwärmung durch elektrische Induktion unangemessen erwärmt.
- Von den verschiedenen Flüssigkeiten, die verwendet werden können, können die folgenden genannt werden:
- - thermische Mineralöle oder Syntheseöle, wie insbesondere Mischungen von Isomeren von Dibenzyltoluol;
- - Polypropylenglykole mit einem Molekulargewicht, das ausreichend hoch ist, um ein zu starkes Verdampfen zu vermeiden;
- - modifizierte aliphatische Polyalkohole;
- - Bäder aus geschmolzenen Salzen mit hoher Temperatur, wie z.B. Bäder aus Mischungen von Nitraten und Nitriten.
- Es versteht sich von selbst, daß die Kompatibilität der ausgewählten Flüssigkeit mit den vorhandenen Materialien (Behälter und behandelte Körper) und die Möglichkeit eines späteren Waschens der behandelten Körper sichergestellt werden muß.
- Für die Herstellung der Mittel zum Einführen und Halten des Hohlkörpers in dem Bad der erfindungsgemäßen Vorrichtung, versteht es sich von selbst, daß nicht elektrizitätsleitende Materialien und Materialien, die bei der Temperatur des Bades beständig sind, verwendet werden. Hierzu kann man insbesondere die selben Materialien verwenden, wie zur Herstellung der dichten Ummantelung. Die Einführung des Hohlkörpers zur Behandlung in das Bad der Vorrichtung kann durch kontinuierliche oder diskontinuierliche Bewegung erfolgen. Insbesondere kann sie, wenn der schmelzbare Kern einen Teil mit geringerem Querschnitt im Induktionsfeld bildet, vorteilhafterweise zuerst dieser Teil in das Bad und das Induktionfeld geführt werden und dann nur die Teile mit bedeutenderen Querschnitten.
- Es wurde im übrigen festgestellt, daß die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch verbessert werden kann, indem die Mittel zum Einführen und Halten des Hohlkörpers in dem Flüssigkeitsbad mit einem System ausgestattet werden, das sicherstellt, daß der Hohlkörper zum Schwingen gebracht wird. Hierzu kann man jede Art von Schwingungserzeuger verwenden, wie z.B. einen asynchronen Motor, der mit einer Unwucht ausgestattet ist. Die bevorzugten Vibrationsfreguenzen liegen zwischen 2 und 100 Hz. Es wurde tatsächlich festgestellt, daß diese Schwingungen die Wirkung haben, das Strömen des geschmolzenen oder sogar noch festen schmelzbaren Kerns aus dem Hohlkörper heraus zu begünstigen, um jedes lokale Anhaften zwischen Hohlkörper und irgendeinem Teil des schmelzbaren Kerns zu vermeiden und jedes Risiko einer Überhitzung des den schmelzbaren Kern bildenden Materials zu vermindern. Es wurde auch festgestellt, daß es nicht notwendig ist, daß der Hohlkörper diesen Schwingungen ausgesetzt wird, schon bei seiner Einführung in das Flüssigkeitsbad, sondern, daß im Gegenteil dieses in Schwingungbringen des Hohlkörpers vorteilhafterweise um 1 - 20 Sekunden bezogen auf den Beginn der Erwärmung durch elektrische Induktion verschoben werden kann. Außerdem ist es vorteilhaft, dieses in Schwingungbringen aufrecht zu erhalten, während des Zurückziehens des Hohlkörpers aus dem Flüssigkeitsbad nach dem vollständigen Schmelzen des schmelzbaren Kerns, um das Ausströmen der letzten Spuren von geschmolzenem Metall des schmelzbaren Kerns und der das Bad bildenden thermischen Flüssigkeit aus dem Hohlkörper zu erleichtern.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nun im Detail in der folgenden Beschreibung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels beschrieben. In dieser Beschreibung wird auf die einzige Figur der beigefügten Zeichnung Bezug genommen, die schematisch und im Schnitt die Wiedergewinnungsvorrichtung darstellt.
- So wird die Vorrichtung, wie sich an der Figur zeigt, im wesentlichen von einem vertikalen zylindrischen Behälter (1) gebildet, der aus einem mit Glasfasergewebe verstärkten Epoxyharz hergestellt ist (im Handel unter dem Markenzeichen EPOGLASS 11 der Firma Isolants Victor Hallet S.A.), der in seinem unteren Teil mit einem Metallsammelbehälter (2) verbunden ist, der durch einen in einem metallischen Gehäuse (3) angeordneten Trichter gebildet wird. Eine Spule zur Erwärmung durch elektrische Induktion (4) wird rund um den oberen Teil des zylindrischen Behälters (4) durch einen Träger (5) gehalten, so daß der untere Teil der Spule mindestens 40 cm von dem Metallsammelbehälter (2) entfernt angeordnet ist. Der zylindrische Behälter (1) ist innen mit einem Überlaufrohr (6) ausgestattet, das aus dem selben Material hergestellt ist, wie das, das für die Herstellung des zylindrischen Behälters (1) verwendet wurde. Das Überlaufrohr ist in seinem unteren Teil mit einer Vorrichtung zur thermischen Konditionierung (7) der Flüssigkeit die das Bad (8) bildet, in das der zu behandelnde Hohlkörper eingeführt und in dem er gehalten werden muß, verbunden, im vorliegenden Fall ein modifizierter aliphatischer Polyalkohol, der von der Firma Badische Anilin- und Sodafabrik hergestellt und vertrieben wird unter der Handelsbezeichnung Lutron. Die Ausgangsöffnung der Vorrichtung zur thermischen Konditionierung (7) ist mit dem metallischen Gehäuse (3) verbunden. Der obere Teil des zylindrischen Behälters (1) ist mit einer Rinne (9) aus nicht elektrizitätsleitendem Kunststoffmaterial versehen.
- Wenn die Vorrichtung, die nun beschrieben wird, in Betrieb gesetzt wird, wird sie mit Mineralöl, das auf einer Temperatur, die mindestens gleich ist der schmelztemperatur des den schmelzbaren Kern bildenden Metalls der zu behandelnden Hohlkörper, gehalten wird, gefüllt, wobei der obere Pegel dieses Öls in dem zylindriSchen Behälter (1) durch den oberen Rand des Überlaufrohrs (6) vorgegeben wird. Tatsächlich wird das Öl in die Vorrichtung über das Gehäuse (3) eingeführt, läuft in den Sammelbehälter (2), füllt den zylindrischen Behälter (1), bis der durch den oberen Rand des Überlaufrohrs (6) vorgegebene Pegel erreicht ist, und kehrt über das Überlaufrohr (6) in die Vorrichtung zur thermischen Konditionierung (7) zurück, um von neuem wieder in die Vorrichtung über das Gehäuse (3) in kontinuierlicher Zirkulation eingeführt zu werden.
- Die Vorrichtung wird außerdem durch Mittel bzw. eine Einrichtung zur Handhabung (10) vervollständigt, die schematisch dargestellt sind, die die Funktion haben, die zu behandelnden Hohlkörper, in den zylindrischen Behälter (1) zu führen und sie aus dem Behälter nach der Behandlung zurückzuziehen. Die Teile dieser Einrichtung zur Handhabung (10), die dazu vorgesehen sind, in den zylindrischen Behälter (1) eingeführt zu werden, sind aus einem nicht elektrizitätsleitenden Material und einem Material, das bei der Temperatur des Mineralöls, das in dem zylindrischen Behälter (1) enthalten ist, beständig ist, hergestellt. Die Einrichtung zur Handhabung (10), das allgemein aus einem Roboter besteht, der mit einem entsprechenden Griff ausgestattet ist, ist mit einem System versehen, das nicht gezeigt ist, mit dem der zu behandelnde Körper in Schwingungen versetzt werden kann.
- Das Arbeitsverfahren der so beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt, wobei angenommen wurde, daß die Vorrichtung in Betrieb ist.
- Ein zu behandelnder Hohlkörper wird mit der Manipulationseinrichtung (10) in den zylindrischen Behälter (1) gebracht und in das in dem Behälter enthaltene warme Mineralöl eingetaucht. Während dieses Einführens des Hohlkörpers wird die Spule (4) in Betrieb gesetzt, um den schmelzbaren Kern an seiner Oberfläche zu schmelzen, so, daß er, indem er abläuft, den Durchlauf des warmen Mineralöls zuläßt und demzufolge das gesamte Schmelzen des schmelzbaren Kerns. Das geschmolzene Metall strömt durch die Schwerkraft durch den zylindrischen Behälter (1) und sammelt sich in dem Metallsammelbehälter (2) an. Das geschmolzene Metall kann somit aus dem Sammelbehälter über eine Entnahmeöffnung (11) abgezogen werden und zur Herstellung eines neuen schmelzbaren Kerns wieder verwendet werden.
- Um die Behandlung des in dem zylindrischen Behälter enthaltenen Hohlkörpers zu erleichtern, hat es sich als sehr nützlich erwiesen, den behandelten Körper in Schwingungen zu versetzen mit dem System mit dem die Manipulationseinrichtung versehen ist.
- Wenn die Behandlung des Hohlkörpers beendet ist, wird die Spule (4) außer Betrieb gesetzt und der Körper wird aus dem zylindrischen Behälter (1) herauszogen. Während des Herausziehens des behandelten Körpers aus dem zylindrischen Behälter (1) ist es vorteilhaft, den Körper in Schwingung zu halten, um das warme Mineralöl, das an seinen Wänden anhaftet, abzuschütteln, wobei das Öl durch die Rinne (9) aufgefangen und wieder in den zylindrischen Behälter (1) eingeführt wird.
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Wiedergewinnung durch Schmelzen des
Metalls eines schmelzbaren Kerns, der zum Gießen eines
Hohlkörpers aus Kunststoff verwendet wird, umfassend ein
Bad einer Flüssigkeit, die auf eine Temperatur gebracht
wird, die wenigstens gleich der Schmelztemperatur des
Metalls ist, Mittel zum Einführen und Halten des
Hohlkörpers in dem Bad und Mittel zum Erhitzen durch
elektrische Induktion des schmelzbaren Kerns des in das
Bad getauchten Hohlkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß
das Bad in einer dichten Ummantelung (1) enthalten ist,
die aus einem nicht elektrizitätsleitenden Material
hergestellt und gegenüber der Temperatur des Bades
beständig ist und, daß die Mittel zum Erhitzen durch
elektrische Induktion (4) außerhalb und um die
Ummantelung herum (1) angebracht sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittel (10) zum Halten des Hohlkörpers in dem
Flüssigkeitsbad mit einem System ausgerüstet sind, das
ein In-Vibration-Versetzen des in dem Bad gehaltenen
Hohlkörpers bewirken kann.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die dichte Ummantelung (1) aus einem duroplastischen
Kunststoff besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die dichte Ummantelung (1) aus Glas besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittel (10) zum Einführen und Halten des Hohlkörpers
in dem Bad aus einem nicht elektrizitätsleitenden und
gegenüber der Temperatur des Bades beständigen Material
hergestellt sind.
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