DE69403006T2

DE69403006T2 - Verfahren zum Formen eines Gegenstandes aus wärmehartbarem, synthetischem Material

Info

Publication number: DE69403006T2
Application number: DE69403006T
Authority: DE
Inventors: Uijl Hendrik Den; Joost Goris; Guido Peeters
Original assignee: Atlas Copco Airpower NV; TPP Axxicon BV
Current assignee: Atlas Copco Airpower NV
Priority date: 1993-02-15
Filing date: 1994-02-11
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2014-02-12
Also published as: ES2104261T3; JPH071507A; EP0611641B1; BE1006750A5; EP0611641A1; US5449485A; DE69403006D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen eines Gegenstands aus wärmehärtbarem, synthetischem Material in einer Form, die zumindest eine Kammer aufweist, gemäß welchem Verfahren ein Gemisch von Komponenten, die über einer kritischen Temperatur reagieren und aushärten, in flüssiger Form in die Kammer eingebracht wird, mittels einer Einspritzdüse durch ein Einlaßstück, das mit zumindest einem Füllkanal versehen ist, der in die Kammer mündet und der eine Füllöffnung hat, auf die die Einspritzdüse während des Einspritzens besagten Gemischs flüssigkeitsdicht paßt, wobei man besagtes Gemisch reagieren und aushärten läßt, indem sichergestellt wird, daß die Temperatur der Form höher ist als besagte kritische Temperatur, wonach der Gegenstand mit dem Einlaßstück aus der Form entfernt wird.
Ein solches Verfahren ist aus EP-A-492 477 bekannt. Das Einlaßstück ist ein hohler Schaft, der vollständig innerhalb der Form angeordnet ist, und die Form wird mittels einer Düse gefüllt, die in einen Kanal eingeführt wird, der in die Form auf besagten hohlen Schaft mündet. Das Synthetikmaterial und die Form müssen speziell ausgewählt werden, um Schrumpfungsprobleme zu vermeiden. Außerdem ist nur ein Beispiel mit thermoplastischem Synthetikmaterial angeführt. Es wird jedoch erwähnt, daß auch wärmeaushärtendes Synthetikmaterial verwendet werden kann, jedoch ist nicht beschrieben, wie man in diesem Fall vorzugehen hat. Wie die oben erwähnte Düse, die gekühlt werden muß, um zu vermeiden, daß sie verstopft, gekühlt werden kann, während sie in einen Kanal in der erwärmten Form eingeführt ist, ist nicht erläutert. Gemäß dem beschriebenen Verfahren kann, insbesondere, wenn wärmeaushärtendes Synthetikmaterial verwendet wird, keine große Prazision für die hergestellten Gegenstände erzielt werden.
Die Erfindung zielt darauf, den oben genannten Nachteilen Abhilfe zu schaffen und ein Verfahren zum Formen eines Gegenstands aus wärmehärtbarem synthetischem Material in einer Form bereitzustellen, gemäß dem auch sehr präzise mechanische Teile gefertigt werden können, die keine weitere Bearbeitung erfordern, beispielsweise ein Rollenkärper mit einer sehr prazisen Geometrie, der mit einem Schaft oder einem anderen Innenstück versehen ist, das vorzugsweise im Endprodukt eine Funktion erfüllt.
Zu diesem Zweck wird ein Einlaßstück verwendet, das eine Wand der Form durchquert und das sich außerhalb der Form erstreckt, wobei die Einspritzdüse auf einer Temperatur gehalten wird, die niedriger als besagte kritische Temperatur ist, und man sicherstellt, daß, zumindest während des Füllens der Form, das Einlaßstück eine niedrigere Temperatur als die oben erwähnte kritische Temperatur hat, so daß das Aushärten zuerst gegen die Innenwand der Form stattfindet und schließlich gegen das Einlaßstück, und während des Aushärtens in der Form über besagte Einspritzdüse ein Druck auf das aushärtende Synthetikmaterial ausgeübt wird.
Da das Synthetikmaterial an der Formwand abzukühlen beginnt, die eine Temperatur über der kritischen Temperatur hat, und das Aushärten sich anschließend fortsetzt in Richtung auf Stellen, die von besagter Wand weiter entfernt gelegen sind, ist es möglich, durch Auswahl der richtigen Position für den Füllkanal einen Gegenstand aus synthetischem Material mit großer Prazision zu fertigen. Schrumpfung, die zu einer Abweichung in den Abmessungen führen kann, wird während des Polymerisationsprozesses und des Aushärtens, bis zum Ende der Gummiphase, durch Ausüben eines Nach-Drucks auf das flüssige Synthetikmaterial kompensiert. Besagter Nach-Druck wird mittels des Füllkanals zustandegebracht und wird aufrechterhalten, bis die maßempfindlichen Teile ausgehärtet sind. Ein Schrumpfen des zuletzt eingespritzten Synthetikmaterials kann im Füllkanal auftreten. Fehler im Synthetikmaterial in diesem Einlaßstück sind nicht von Belang und erfordern keine Endbearbeitung.
Praktischerweise wird ein absoluter Druck ausgeübt, der beispielsweise zwischen 0,5 und 10 bar liegt.
Um die Merkmale der Erfindung besser zu erläutern, sind die folgenden bevorzugten Ausführungsformen eines Verfahrens zum Formen eines Gegenstands aus wärmehärtbarem Synthetikmaterial in einer Form und eines auf diese Weise gefertigten Gegenstands gemäß der Erfindung beschrieben, nur als Beispiel und ohne in irgendeiner Weise einschränkend zu sein, unter Verweis auf die begleitenden Zeichnungen, worin:
Figur 1 ein Längsschnitt eines Gegenstands ist, der gemäß dem Verfahren der Erfindung gefertigt wurde;
Figur 2 einen Schnitt der Form zur Herstellung des Gegenstands von Figur 1 während des Füllens zeigt;
Figur 3 einen Schnitt der Form analog zu dem in Figur 1 zeigt, jedoch mit der Form in offener Position, bei Entnahme des geformten Gegenstands;
Figur 4 einen Teil eines Schnitts analog zu dem in Figur 3 zeigt, jedoch in Bezug auf eine andere Ausführung des Gegenstands und Verfahrens gemäß der Erfindung.
Der in Figur 1 dargestellte Gegenstand besteht aus einem Einlaßstück, das insbesondere aus einem Stahlschaft 1 gebildet wird, der über einen Teil seiner Länge von einem Teil, nämlich einem Zylinder 2, aus wärmehärtbarem Synthetikmaterial, dem die üblichen Additive und Füllstoffe wie etwa Glasfibern zugesetzt wurden, umgeben ist.
Der Schaft ist mit einem axialen Kanal 3 versehen, der einerseits mittels einer trichterförmigen Öffnung 4 in ein Ende des Schafts mündet, und der andererseits mit einem oder mehreren radial ausgerichteten Kanälen 5 verbunden ist, die in den Zylinder 2 münden.
Geeignete wärmehärtbare Synthetikmaterialien sind beispielsweise Polyurethane, die aus der Reaktion eines oder mehrerer Isocyanate mit einem Polyol resultieren.
Der Gegenstand von Figur 1 wird gefertigt, indem ein wärmehärtbares Gemisch, bestehend aus Komponenten, die über einer kritischen Temperatur reagieren und aushärten, und eventuell auch Additiven und/oder Füllstoffen, in eine geschlossene, erwärmte Form 6 eingebracht wird.
Wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt, besteht besagte Form 6 aus einem wannenförmigen Körper 7 und einem abnehmbaren Deckel 8, der besagten Körper 7 in seiner geschlossenen Position verschließt. Innerhalb der Form 6 wird somit eine zentrale runde Kammer 9 geschaffen, die einem Teil des zu formenden Gegenstands entspricht, nämlich dem Zylinder aus synthetischem Material 2 und dem Teil des Stahlschafts 1, der im Zylinder 2 angeordnet ist und aus besagtem Zylinder 2 an dem von der Füllöffnung 4 abgewandten Ende herausragt.
Die Wand der Form 6 und insbesondere der Deckel 8 ist mit einer zentralen öffnung 10 versehen, durch welche das Ende des Schafts 1, das aus dem Zylinder 2 herausragt, die Seite mit der trichterförmigen Füllöffnung, ragt. Ein axial ausgerichteter Kanal 11 erstreckt sich durch den Boden des Körpers 7, worin eine Auswerferstange 12 verschiebbar montiert ist. Besagte Auswerferstange 12 endet einem wannenförmigen Teil, worin ein Ende des Schafts 1 paßt. In der nicht-ausgestreckten Position der Auswerferstange 12 bildet besagtes wannenförmiges Teil einen Teil der Wand der oben erwähnten Kammer 9.
Kanäle 13 für Heiz- oder Kühlflüssigkeit erstrecken sich sowohl durch den Körper 7 als auch durch den Deckel 8, wodurch die Temperatur der Form 6 geregelt werden kann.
Vor dem Einspritzen des Gemischs aus synthetischen Komponenten wird der Metallschaft 1 so in der Form 6 angebracht, daß, nach Anbringen des Deckels 8, wenn die Form geschlossen wird, das Ende mit der Füllöffnung 4 sich außerhalb der Form befindet. Selbstverständlich wird die Auswerferstange 12 hierbei maximal zurückgeschoben, wie in Figur 2 dargestellt. Sein wannenförmiges Ende nimmt das andere Ende des Schafts 1 auf. Außerdem wird der Schaft 1 mittels eines Stifts 16, der axial in dem wannenförmigen Ende plaziert ist und der in ein Ende des Schafts 1 geschraubt ist, an der Auswerferstange 12 befestigt.
Mittels einer Flüssigkeit, die durch die Kanäle 13 gepumpt wird, oder mittels irgendeines anderen Heizsytems wird die Form 6 auf einer Temperatur gehalten, die höher ist als die kritische Temperatur, bei der die synthetischen Komponenten zu reagieren beginnen und bei der somit das Aushärten beginnt. Für ein Isocyanat-Formharz beispielsweise beträgt besagte Temperatur der Form 6 130 Grad Celsius.
Der Schaft 1 selbst ist nicht oder nur leicht erwärmt, so daß er eine Temperatur hat, die deutlich niedriger als die oben erwähnte kritische Temperatur ist.
Die synthetischen Komponenten werden über den Kanal 3 und die radialen Kanäle 5 im Schaft 1 in die geschlossene Form 6 eingespritzt, mittels einer gekühlten Einspritzdüse 14, die mit einem Kanal 15 versehen ist. Besagte Einspritzdüse 14 hat ein Ende, das die komplementäre Form der Füllöffnung 4 hat, so daß besagte Einspritzdüse 14 perfekt auf diese Füllöffnung paßt, wie in Figur 2 dargestellt.
Die Einspritzdüse 14 ist mit einer Mischvorrichtung, die deutlichkeitshalber nicht in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, verbunden, worin die Komponenten des wärmehärtbaren Synthetikmaterials vermischt werden, eventuell zusammen mit den üblichen Additiven, wie beispielsweise einem Katalysator, und den üblichen Füllstoffen, wie beispielsweise Glasfibern. Die Einspritzdüse 14 kann beispielsweise durch Blasen von Luft über die Düse oder durch Pumpen von Kühlflüssigkeit um die Einspritzdüse gekühlt werden. In jedem Fall hat die Einspritzdüse 14 eine Temperatur, die beträchtlich niedriger ist als die oben erwähnte kritische Temperatur, so daß die Reaktion zwischen den Komponenten nicht im Kanal 15 stattfinden kann und die Einspritzdüse 14 nicht durch aushärtendes Synthetikmaterial verstopft wird. Diese Einspritzdüse 14 berührt nur den Schaft 1, der, wie bereits erwähnt, auch eine Temperatur hat, die niedriger als die oben erwähnte kritische Temperatur ist.
Die Komponenten werden bei einem absoluten Druck zwischen 0,5 und 10 bar eingespritzt, welcher Druck so lange aufrechterhalten wird, wie die Einspritzdüse 14 mit dem Schaft 1 verbunden ist, was sowohl während des Füllens der Form 1 als auch während des Aushärtens des eingespritzten Synthetikmaterials um den Schaft 1 ist. Das Füllen kann etwa ein bis zwei Minuten betragen, das Aushärten etwa zehn bis zwanzig Minuten, abhängig unter anderem von der Harzmenge, dem Katalysatorentyp; den Füllstoffen, der Geometrie des Gegenstands, der Temperatur usw.
Das eingespritzte Gemisch von Komponenten hat Zimmertemperatur oder ist leicht erwärmt, hat jedoch in jedem Fall eine Temperatur, die beträchtlich niedriger als die oben erwähnte kritische Temperatur ist. Einmal eingespritzt, läßt die warme Formwand die Temperatur besagten Gemischs ansteigen und, wenn die Temperatur des Gemischs gegen die Wand der Form die kritische Temperatur erreicht hat, beginnt die Reaktion der Komponenten, wobei die Polymerisation des wärmehärtbaren Synthetikmaterials zuerst durch eine Gel- und eine gummiartige Phase geht, um schließlich eine vollständige, dreidimensionale Vernetzung ausgehärteten Harzes zu ergeben.
Die Wärme verbreitet sich von der beheizten Wand, und somit wird die Reaktion in Richtung auf das Zentrum fortgesetzt. Sobald die Reaktion den Schaft 1 erreicht hat und die Komponenten in den Kanälen 5 oder 3 auszuhärten beginnen, wird das Füllen gestoppt und die Einspritzdüse 14 wird vom Schaft 1 entfernt. Die zuletzt eingespritzte Gemischmenge kann jetzt aushärten und frei und drucklos im Kanal 3 im Schaft 1 nachschrumpfen. Restschrumpfen, das um die Füllöffnungen der Kanäle 5 auftritt, kann durch den Inhalt besagten Kanals 3 absorbiert werden und hat keinen weiteren Einfluß auf die Prazision des Zylinders 2 und somit des gesamten Gegenstands, der gefertigt wird. Schließlich wird der Deckel 8 entfernt und der geformte Gegenstand 1,2 wird, mittels der Auswerferstange 12, aus dem Körper 7 gestoßen.
Der Druck während des Einspritzens und Aushärtens des Kompositmaterials ist nicht hoch. Arbeiten mit niedrigem Druck ist bei der Produktion von Präzisionsprodukten zu bevorzugen, da keine Deformation der Form auftritt, und außerdem bleibt das wärmehärtbare Synthetikmaterial in der Gummiphase, die dem endgültigen Aushärten unmittelbar vorausgeht, perfekt gegen die Wand gepreßt, wobei der Schrumpfungseffekt kompensiert wird. Die so erzielte hohe Präzision beträgt etwa 0,02 mm, und ein weiteres Bearbeiten des Synthetikmaterials ist nicht erforderlich.
Es können auch andere Formen als ein Zylinder 2 in der oben beschriebenen Weise um einen Metallschaft 1 herum hergestellt werden. Somit kann das synthetische Teil eine Schraube sein, wie in Figur 4 dargestellt. Nach dem Aushärten wird dieses ausgehärtete synthetische Teil 2 aus dem Körper 7 geschraubt, mittels der Auswerferstange 12, die mit Hilfe von Mitteln, die in den Figuren nicht dargestellt sind, während des Herausstoßens gedreht wird. Besagte Stange nimmt den Schaft 1 mit der Schraube 2 mittels des Stifts 16 mit, der in der Mitte des wannenförmigen Endes der Stange 12 angeordnet ist und der während des Einbringes des Schafts 1 in die offene Form 6 in eine Öffnung am Ende des Schafts 1 geschraubt wird.
Das oben beschriebene Verfahren ermöglicht die Fertigung von Produkten, die aus einem Schaft bestehen, der von einem synthetischen Teil umgeben ist, mit großer Präzision und ohne daß irgendeine Endbearbeitung erforderlich wäre. Das ausgehärtete Synthetikmaterial haftet sehr gut an dem Metallschaft 1.
Die vorliegende Erfindung ist keineswegs auf die oben beschriebenen und in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt; vielmehr kann ein solches Verfahren zum Formen eines Gegenstands aus wärmehärtbarem Synthetikmaterial in einer Form und der so gefertigte Gegenstand gemäß verschiedenen Varianten realisiert werden, ohne den Rahmen der beigefügten Ansprüche zu verlassen.
Insbesondere muß die kritische Temperatur nicht unbedingt 130 Grad Celsius sein. Diese Temperatur ist abhängig von der Zusammensetzung des verwendeten Gemischs und somit unter anderem von den reagierenden Komponenten, dem Katalysator, den Füllstoffen usw.
Auch die Form des synthetischen Teils muß nicht unbedingt ein Zylinder oder eine Schraube sein. Andere Formen sind möglich, selbst Formen, die nicht rund sind. Auch muß der Schaft nicht unbedingt zentral in diesem synthetischen Teil angeordnet sein. Der Schaft muß auch nicht unbedingt auf zwei Seiten des Synthetikmaterials herausragen. Er muß auch nicht unbedingt aus Metall bestehen. Er kann beispielsweise aus demselben Synthetikmaterial gefertigt sein wie das Synthetikmaterial, das in die Form eingespritzt wird.
Das Einlaßstück muß selbst nicht unbedingt ein Schaft sein. Es kann eine andere Form haben.

Claims

1.- Verfahren zum Formen eines Gegenstands (2) aus wärmehärtbarem, synthetischem Material in einer Form (6), die zumindest eine Kammer (9) aufweist, gemäß welchen Verfahrens ein Gemisch von Komponenten, die über einer kritischen Temperatur reagieren und aushärten, in flüssiger Form in die Kammer (9) eingebracht wird, mittels einer Einspritzdüse (14) durch ein Einlaßstück (1), das mit zumindest einem Füllkanal (3,5) versehen ist, der in die Kammer (9) mündet und der eine Füllöffnung (4) hat, auf die die Einspritzdüse (14) während des Einspritzens besagten Gemischs flüssigkeitsdicht paßt; wobei man besagtes Gemisch reagieren und aushärten läßt, indem sichergestellt wird, daß die Temperatur der Form (6) höher ist als besagte kritische Temperatur; wonach der Gegenstand (2) mit dem Einlaßstück (1) aus der Form (6) entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einlaßstück (1) verwendet wird, das eine Wand (8) der Form (6) durchquert und das sich außerhalb der Form (6) erstreckt, wobei die Einspritzdüse (14) auf einer Temperatur gehalten wird, die niedriger als besagte kritische Temperatur ist, und man sicherstellt, daß, zumindest während des Füllens der Form (6), das Einlaßstück (1) eine niedrigere Temperatur als die oben erwähnte kritische Temperatur hat, so daß das Aushärten zuerst gegen die Innenwand der Form (6) stattfindet und schließlich gegen das Einlaßstück (1), und während des Aushärtens in der Form (6) über besagte Einspritzdüse (14) ein Druck auf das aushärtende Synthetikmaterial ausgeübt wird.

2.- Verfahren gemäß dem obigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß ein absoluter Druck ausgeübt wird, der zwischen 0,5 und 10 bar liegt.

3.- Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßstück (1) zentral in der Form (6) angebracht ist.

4.- Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einlaßstück (1) verwendet wird, dessen Kanal (3,5) ein an der Füllöffnung (4) anschließendes Teil (3) umfaßt, das sich gemäß der Symmetrieachse des Einlaßstücks (1) erstreckt.

5.- Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaft als Einlaßstück (1) verwendet wird, um das herum der Kunststoff (2) in die Form (6) eingebracht wird.

6.- Verfahren gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbringen von synthetischem Material gestoppt wird, wenn das Aushärten das Einlaßstück (1) erreicht hat.