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DE3419036A1 - Verfahren und vorrichtung zur formgebung eines endlosen stabartigen formteils - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur formgebung eines endlosen stabartigen formteils

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DE3419036A1
DE3419036A1 DE19843419036 DE3419036A DE3419036A1 DE 3419036 A1 DE3419036 A1 DE 3419036A1 DE 19843419036 DE19843419036 DE 19843419036 DE 3419036 A DE3419036 A DE 3419036A DE 3419036 A1 DE3419036 A1 DE 3419036A1
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molded part
passage
diameter
thermoplastic resin
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DE19843419036
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Haruo Hashima Gifu Kimura
Kenji Ichinomiya Aichi Kozuka
Takayoshi Gifu Nakasone
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Original Assignee
Ube Nitto Kasei Co Ltd
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Description

Verfahren und Vorrichtung zur Formgebung eines endlosen stabartigen Formteils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Formgebung oder Vergleichmäßigung eines endlosen stabartigen Formteils auf die gewünschten Abmessungen. Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Formgebung eines endlosen stabartigen Formteils, das einen Kern aus einem faserverstärkten härtbaren Harz und eine äußere Haut umfaßt, die aus einem thermoplastischen Harz so gebildet ist, daß sie den Kern ummantelt.
Es ist ein Verfahren zum Herstellen eines endlosen stabartigen Formteils der oben beschriebenen Art bekannt, bei dem ein Verstärkungsfaserbündel in flüssiges, nicht ausgehärtetes, härtbares Harz getaucht wird, um einen Kern zu bilden, der danach mit geschmolzenem thermoplastischem Harz überzogen wird. Das thermoplastische Harz wird abgekühlt und verfestigt, um die äußere Haut zu bilden, woraufhin das härtbare Harz im Kern durch ein Wärmehä.rt ere servo ir gehärtet wird, um dadurch das endlose stabartige Formteil mit einer vorbestimmten Steifigkeit und Biegsamkeit zu bilden. Da dieses Verfahren in seinem Arbeitsablauf sehr einfach und zum Erzielen eines stabartigen Formteils mit dem oben beschriebenen Aufbau sehr wirksam ist, sind große Mengen derartiger Formteile hergestellt worden, die beispielsweise als elastische Zuschlagstoffe verwandt werden.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß das oben beschriebene stabartige Formteil in der Abmessung seines Außendurchmessers nicht mit hoher Genauigkeit gleichmäßig ist, was darauf beruht, daß die Menge an thermoplatischem Harz, die bei dem
obigen Verfahren extrudiert wird, nicht immer konstant ist, und daß die äußere Haut, die aus dem thermoplastischen Harz gebildet wird, während der Härtung des thermoplastischen Harzes flachgedrückt wird usw. Das stabartige Formteil dieser Art wurde daher nicht als Material, das in seiner Abmessung eine hohe Genauigkeit haben muß, beispielsweise als Verstärkungselement verwandt, das in einen Gegenstand mit heterogener Form eingesetzt oder eingebettet wird.
Unter den neueren Technologien ist die optische Faser zur optischen Nachrichtenübertragung die wichtigste. Ein optisches Faserelement ist gewöhnlich mit einem Kunststoffmaterial überzogen, um seine Festigkeit zu erhöhen, wobei der Kunststoffüberzug eine höchst genaue Abmessung haben sollte. Das stabartige Formteil mit dem oben beschriebenen Aufbau eignet sich insbesondere zur Verwendung als Mantel des optischen Faserelementes in Hinblick auf seine Steifigkeit und Biegsamkeit, es muß jedoch hinsichtlich seiner Abmessungsgenauigkeit wesentlich verbessert werden.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, das es möglich macht, ein endloses stabartiges Formteil leistungsfähig auf die gewünschte gleichmäßige Abmessung mit hoher Genauigkeit zu formen.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll insbesondere ein Produkt liefern, das eine glatte Außenfläche hat und das sich insbesondere als optische Faser eignet.
Ziel der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Formgebung eines endlosen stabartigen Formteils zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren /ur Formgebung eines
endlosen stabartigen Formteils auf eine vorbestimmte Abmessung, das einen Kern, der aus faserverstärktem härtbarem Harz gebildet ist,und eine äußere Haut umfaßt, die aus thermoplastischem Harz gebildet ist und den Kern ummantelt, wird das Formteil in den Durchgang eines erwärmten Formwerkzeuges eingeführt, wobei der Durchgang einen Durchmesser hat, der an seinem Eingang etwas größer als der Anfangsdurchmesser des Formteiles und an seinem Ausgang etwas kleiner als der Anfangsdurchmesser des Formteiles ist, wird das thermoplastische Harz der äußeren Haut dadurch plastifiziert, daß das Formteil durch den Durchgang hindurch geführt wird, wobei ein Teil der äußeren Haut entfernt wird, und wird das Formteil unmittelbar nach dem Abziehen von dem erwämten Formwerkzeug abgekühlt,um das thermoplastische Harz zu härten und dadurch ein Produkt zu erhalten, das einen Durchmesser hat, der gleich dem Durchmesser des Ausgangs des Durchganges ist.
Unter dem Begriff der Plastifizierung ist sowohl eine Erweichung als auch ein Aufschmelzen des thermoplastischen Harzes zu verstehen.
Vorzugsweise wird das thermoplastische Harz nur am Außenflächenteil, d.h. an der äußeren Haut plastifiziert, ohne an der Verbindungsfläche zwischen dem Kern und der Außenhaut plastifiziert zu werden, und wird das Formteil ohne Beeinflussung der Verbindungsfläche durch den Durchgang hindurchgeführt.
Insbesondere wird das thermoplastische Harz des Außenflächenbereiches der Außenhaut erweicht.
Das erwärmte Formwerkzeug kann ein Vorwärmwerkzeug und ein Formwerkzeug umfassen, wobei das Vorwärmwerkzeug auf einer Temperatur gehalten wird, die über dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes der Außenhaut liegt. Der Außenflächenbereich der Außenhaut kann dadurch erweicht werden, daß das Form-
teil mit einer konstanten Geschwindigkeit durch den Durchgang im Vorwärmwerkzeug geführt wird, ohne die Verbindungsfläche zu erweichen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Formgebung eines endlosen stabartigen Formteils auf eine vorbestimmte Abmessung, das einen Kern, der aus faserverstärktem härtbarem Harz gebildet ist, und eine Außenhaut umfaßt, die aus thermoplastischem Harz gebildet ist und den Kern ummantelt, umfaßt ein Werkzeug, in dem ein Durchgang ausgebildet ist und das eine Austragsöffnung aufweist. Der Durchgang hat einen Durchmesser, der an seinem Eingang etwas größer als der Anfangsdurchmesser des Formteiles ist und der an seinem Ausgang etwas kleiner als der Anfangsdurchmesser des Formteiles ist, wobei die Austragsöffnung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Durchganges so ausgebildet ist, daß sie den Durchgang mit der Außenseite des Werkzeuges verbindet. Eine Heizung ist dazu vorgesehen, wenigstens einen Teil des Werkzeuges auf einer Temperatur zu halten, die über dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes der Außenhaut liegt. Es ist gleichfalls eine Vorrichtung zum Abkühlen und Verfestigen des thermoplastischen Harzes vorgesehen, die außen am Werkzeug in der Nähe des Ausgangs des Durchgangs angeordnet ist.
Das Werkzeug umfaßt vorzugsweise ein Vorwärmwerkzeug und ein Formwerkzeug, wobei das Vorwärmwerkzeug auf der Temperatur gehalten wird, die über dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes liegt, das die Außenhaut bildet.
Der Durchgang im Vorwärmwerkzeug kann den Durchmesser haben, der etwas größer als der Anfangsdurchmesser des Formteiles ist, während der Durchgang im Formwerkzeug den Durchmesser haben kann, der etwas kleiner als der Anfanqsdurchmesser des Formteils ist, und die Austragsöffnung an der Verbindungs-
stelle des Vorwärmwerkzeuges und des Formwerkzeuges vorgesehen sein kann.
Insbesondere umfaßt das Formwerkzeug ein erstes Formwerkzeug und ein zweites Formwerkzeug. Das Vorwärmwerkzeug, das erste und das zweite Formwerkzeug, können unabhängig voneinander auf ihren jeweiligen Temperaturen gehalten werden, wobei die Temperatur des ersten Formwerkzeuges unter denen der anderen Werkzeuge gehalten wird.
Der Durchgang kann einen Durchmesser haben, der im Vorwärmwerkzeug etwas größer als der Anfangsdurchmesser des Formteils ist, der im ersten Formwerkzeug annähernd gleich diesem Durchmesser ist und der im zweiten Formwerkzeug etwas kleiner als dieser Durchmesser ist. Die Austragsöffnungen können jeweils an den beiden Verbindungsstellen der drei Werkzeuge ausgebildet sein.
Wärmeisolierschichten können zwischen dem Vorwärmwerkzeug,dem ersten Formwerkzeug und dem zweiten Formwerkzeug jeweils vorgesehen sein, und es kann eine Einrichtung zum Messen der Temperatur in den jeweiligen Werkzeugen vorgesehen sein, um dadurch die Temperaturen darin unabhängig voneinander zu steuern.
Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert . Es zeigen :
Fig.1 eine schematische Ansicht zur Erläute
rung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Formgebung eines endlosen stabartigen Formte! Is,
/M-
Fig.2 in einer Schnittansicht einen Teil
eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Formgebung des stabartigen Formteils,
Fig.3 in einer Querschnittsansicht ein Bei
spiel des Formteils,
Fig.4 in einer horizontalen Schnittansicht
einen Teil eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Formgebung des stabartigen Formteils,
Fig.5 in einer Längsschnittansicht den Werk
zeugteil der in Fig.4 dargestellten Vorrichtung, und
Fig.6 eine Querschnittsansicht längs der
Linie VI-VI in Fig.4.
In Fig.1 der Zeichnung sind eine Einrichtung zum Formen eines endlosen stabartigen Formteils sowie ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Formgebung oder Vergleichmäßigung des Außendurchmessers des Formteils dargestellt. Es ist ein Verstärkungsfaserbündel 10 gezeigt, das beispielsweise aus einem Glasmantel oder ähnlichem besteht, der in einem vorhergehenden Arbeitsvorgang auf den Außenumfang eines Kernelementes, beispielsweise eines optischen Faserelementes, längs dessen Achse gepaßt ist. Das Bündel 10, das von einer Spule 12 abgezogen wird, wird in einem Behälter 14 in ein flüssiges, nicht gehärtetes härtbares Harz eingetaucht, um einen Kern zu bilden. Nachdem dem Bündel 10 eine vorbestimmte Querschnittsform durch ein Werkzeug 16 gegeben
. /la·
ist, wird es in eine Querkopfform 18 eingeführt. Eine Extrudiermaschine 20 liefert geschmolzenes thermoplastisches Harz 22 zur Querkopfform 18, so daß das Harz 22 die Außenfläche des Bündels 10 überdeckt. Das thermoplastische Harz 22 wird dann in einem Wassertank 24 abgekühlt und verfestigt, um eine Außenhaut um das Bündel 10 herum zu bilden. Gegebenenfalls kann dieser halbgeformte Stab zur Ablage vor der Weiterleitung zum folgenden Arbeitsvorgang auf die gewünschte Länge ausgewalzt oder geschnitten werden. Ein Warmhärtungsbehälter 26 ist dazu vorgesehen, das in das Faserbündel 10 imprägnierte härtbare Harz zu härten und dadurch ein festes endloses stabartiges Formteil 30 zu erhalten. Das oben beschriebene Verfahren der Herstellung des Formteiles 30 ist bereits bekannt.
Die Erfindung befaßt sich mit dem folgenden Aufbau zur Formgebung oder Vergleichmäßigung des Außendurchmessers des Formteils 30, so daß ein Endprodukt erhalten werden kann, das einen genau bestimmten Durchmesser hat. Die dazu benutzte Vorrichtung 40 umfaßt einen ersten Erwärmungblock oder ein Vorwärmwerkzeug 42 und einen zweiten Erwärmungsblock oder ein Formwerkzeug 44. Wie es am besten in Fig.2 dargestellt ist, ist im ersten Block 42 ein Durchgang 46 ausgebildet, dessen Durchmesser etwas größer als der Außendurchmesser des stabartigen Formteils 30 ist, und ist im zweiten Block 44 ein Durchgang 48 ausgebildet, dessen Durchmeser kleiner als der des Formteils 30 und annähernd gleich dem gewünschten Durchmesser des Endproduktes ist, das zu erzielen ist. Diese Durchgänge sind zueinander in einer Linie ausgerichtet, und eine Austragsöffnung 50, die senkrecht zu den Durchgängen verläuft, ist an der Verbindungsstelle des ersten und zweiten Blocks 42 und 44 ausgebildet. Das vordere Ende oder der Eingang 52 des Durchgangs 48 verläuft konisch nach außen unter einem vorbestimmten Winkel, um ein gleichmäßiges Einführen des Formteils 30 sicherzustellen. In den Blöcken 42
/13-
und 44 sind Heizungen 54 angeordnet, die die Durchgänge 46 und 48 umgeben und die Durchgänge auf einer Temperatur halten, die über dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes liegt, das die Außenhaut des Formteils 30 bildet. Eine geeignete Einrichtung, wie beispielsweise ein Thermoelement, kann dazu vorgesehen sein, die Temperatur in den Durchgängen aufzunehmen und dadurch die Heizungen 54 zu steuern.
Ein Kühler, der beispielsweise einen Wasserbehälter 56 umfaßt, ist in der Nähe des hinteren Endes des Ausgangs des Durchgangs 48 angeordnet, um das Formteil 30 unmittelbar nach dem Durchgang durch die Blöcke 42 und 44 abzukühlen. Eine Abziehwalze 58 fördert das Formteil 30 zu einer großen Trommel 59, wo es als Endprodukt aufgerollt wird.
•Fig.3 zeigt ein Beispiel des Formteils 30 in einer Querschnittsansicht vor der Formgebung, wobei es^ sich jedoch versteht, daß dieses Beispiel nur zur Erläuterung dient und die vorliegende Erfindung keineswegs auf dieses Beispiel eines Formteiles beschränkt ist. Bei dem dargestellten Beispiel umfaßt das Formteil 30 eine Achse 32 aus einem optischen Faserelement, einen Kern 34, der aus faserverstärktem Harz (GFK) gebildet ist, und eine Außenhaut 36 aus thermoplastischem Harz. Dieses Formteil 30 kann nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt sein. Die Außenhaut 36 besteht aus thermoplastischem Material, wie beispielsweise linearem Polyäthylen niedriger Dichte, Polyäthylen niedriger Dichte, Polyäthylen hoher Dichte, Nylon 12, Polyurethan, Polyäther, Ätherketon, Fluorharz oder ähnlichem. Obwohl die Querschnittsform der Außenhaut 36 als echter Kreis der Einfachheit dargestellt ist, versteht es sich, daß die Haut 36 in der Praxis in gewissem Maße abgeflacht oder mit einer elliptischen Form gebildet ist.
Wenn dieses Formteil 30 in die Vorrichtung 40 eingeführt wird,
/It-
erwärmt die Heizung 54 das Formteil 30, das durch den Durchgang 46 im Vorwärmwerkzeug 42 hindurchgeht,und plastifiziert die Heizung 54 das thermoplastische Harz der Außenhaut 36. Der Begriff des Plast ifizierens bedeutet dabei sowohl ein Erweichen als auch ein Schmelzen des thermoplastischen Harzes. Das Formteil 30 wird anschließend in das Formwerkzeug 44 durch den Durchgang 48 gedrückt, der einen Durchmesser hat, der etwas kleiner als der des Formteiles 30 ist. Der Umfang des plastifizierten Harzes der Außenhaut 36 wird daher am Eingang des Durchganges 48 so sehr abgeschnitten oder abgequetscht, daß der Durchmesser des Formteiles gleich dem des Durchgangs 48 wird, wobei das in dieser Weise abgeschnittene oder abgequetschte Harz über die Austragsöffnung 50 abgeleitet wird. Das Formteil 30 tritt in den Durchgang 48 ein und kann durch diesen hindurchgehen, ohne einem hohen Widerstand oder einer Scherkraft ausgesetzt zu sein, da die Temperatur im Durchgang 48 ausreicht, den plastifizierten Zustand der Außenhaut 36 beizubehalten. Das Formteil 30, das vom Durchgang 48 abgezogen wird, hat daher eine gleichmäßige glatte Außenfläche ohne Striemen (Ungleichmäßigkeiten) und einen Durchmesser der durch den Durchgang 48 bestimmt ist, dessen Durchmesser gleich dem gewünschten Durchmesser des Endproduktes festgelegt war.
Das plastifizierte thermoplastische Harz wird dann sofort durch eine Kühleinrichtung, beispielsweise durch den Wasserbehälter 58 bei diesem Ausführungsbeispiel, abgekühlt und verfestigt, um eine Verformung der Außenhaut 36 zu vermeiden und die Genauigkeit des geformten oder vergleichmäßigten Formteils beizubehalten.
Unter Verwendung der obigen Vorrichtung und des obigen Verfahrens wurde ein Versuch durchgeführt. Bei diesem Versuch wurde ein endloses stabartiges Formteil mit im wesentlichen dem gleichen Querschnitt, wie er in Fig.3 dargestellt ist,
/1ίδ·
und einem Durchmesser von 5,24 -f 0,15 mm in die Vorrichtung 40 eingeführt. Die Außenhaut 36 bestand aus Polyäthylen hoher Dichte. Sowohl das Vorwärmwerkzeug 42 als auch das Formwerkzeug 44 hatten eine Länge von 35 mm und wurden auf einer Temperatur von 2500C gehalten. Das Formteil 30 wurde durch die Durchgänge 46 und 48 mit einer Geschwindigkeit von 6 bis 8 m/min hindurchgeführt. Das Formteil wurde nach der Abkühlung im Behälter 56 erneut gemessen, wobei es sich herausstellte, daß es einen Durchmesser von 5,01 +_ 0,04 mm mit hoher Genauigkeit hatte.
Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wies die Vorrichtung zwei getrennte Blöcke 42 und 44 auf. Erforderlichenfalls kann auch ein einziger Block mit einem Durchgang verwandt werden, der an seinem Eingang einen großen Durchmesser und an seinem Ausgang oder hinteren Ende einen kleinen Durchmesser hat.
Vorzugsweise, jedoch nicht unbedingt, wird die Außenhaut 36 aus thermoplastischem Harz nur am Außenflächenteil plastifiziert, ohne die Verbindungsfläche zwischen dem faserverstärkten Harz 34 und der Außenhaut 36 zu beeinflußen. Das kann die Genauigkeit der Abmessung des Formteils 30 noch weiter verbessern, wie es später im einzelnen anhand eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben wird.
Das in Fig.4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist zwei Grundblöcke 6o auf, an deren vorderem Ende eine Führung 62 angebracht ist. Ein Vorwärmwerkzeug 64, ein erstes Formwerkzeug 66 und ein zweites Formwerkzeug 68 sind der Reihe nach Seite an Seite im mittleren Teil der Grundblöcke 60 angeordnet, wobei jeweilige Wärmeisolierschichten 70 dazwischen vorgesehen sind. Die Werkzeuge 64,66 und 68 umfassen Blockteile 72,74 und 76 und Formteile 78,80 und 82 jeweils, wobei die Formteile an die
vorderen Enden der jeweiligen Blockteile gepaßt sind. Es sei darauf hingewiesen, daß die Formteile auch in einem Stück mit den Blockteilen ausgebildet sein können, um einen aus einem Teil bestehenden Aufbau der' jeweiligen Werkzeuge zu bilden. Wie es in Fig.5 dargestellt ist, sind die Formteile 78,80 und 82 jeweils mit Durchgängen 79,81 und 83 in ihrem mittleren Teil versehen, wobei das vordere Ende jedes Durchgangs nach außen unter einem vorbestimmten Winkel di konisch ausgebildet ist. Die Durchmesser Dtf der Durchgänge sind in der folgenden Weise festgelegt. Der Durchgang 79 des Vorwärmwerkzeuges 64 ist etwas größer als der Anfangsdurchmesser des Formteils 30. Der Durchgang 81 des ersten Formwerkzeuges 66 hat einen Durchmesser, der kleiner als der des Durchgangs 79 und annähernd gleich dem Anfangsdurchmesser des Formteils 30 ist. Der Durchgang 83 des zweiten Formwerkzeuges 68 hat einen Durchmesser, der kleiner als der des Durchgangs 81 und im wesentlichen gleich dem des Endproduktes ist. Durch eine allmähliche Änderung der Durchmesser der Durchgänge in der oben beschriebenen Weise kann der Widerstand beim Abziehen des Formteiles 30 vermindert werden und kann der gewünschte Durchmesser des Endproduktes problemlos erhalten werden, wie es später beschrieben wird.
Heizungen 84,86 und 88 sind in die Werkzeuge 64,66 und 68 jeweils eingebettet, um die Werkzeuge auf den vorbestimmten Temperaturen zu halten. Eine Einrichtung zum Messen der Temperatur jedes Werkzeuges, beispielsweise ein Thermoelement 30, ist in jedem Werkzeug vorgesehen, obwohl das Thermoelement 90 nur im ersten Formwerkzeug 66 in Fig.6 dargestellt ist. Da die Werkzeuge 64,66 und 68 voneinander durch die Wärmeisolierungen 70 getrennt sind, können die Werkzeuge auf ihren jeweiligen Temperaturen durch die jeweiligen Heizungen gehalten werden, die unabhängig voneinander nach Maßgabe der gemessenen Temperaturen der Thermoelemente 90 gesteuert werden.
γι
In den Werkzeugen an ihren Blockteilen sind Verbindungen in Form von durchgehenden Löchern 92,94 und 96 vorgesehen, die die Durchgänge 79,81 und 83 miteinander und den Durchgang mit der Außenseite verbinden. Austragsöffnungen 98 und 100 sind neben den Formteilen 80 und 82 vorgesehen, um das abgekratzte thermoplastische Harz zu entfernen. Wie beim ersten Ausfiihrungsbeispiel wird das Formteil 30 nach dem Durchgang durch die Werkzeuge 64,66 und 68 durch die Durchgänge und die durchgehenden Löcher sofort durch eine Kühleinrichtung abgekühlt, die in Fig.4 nicht dargestellt ist, um das Endprodukt zu bilden.
Bei der Formgebung unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung ist es bevorzugt, für solche Verhältnisse zu sorgen, daß nur der Außenflächenbereich der Haut 36 des Formteils 30 durch Wärme plastifiziert wird, und daß der Verbindungsbereich zwischen dem faserverstärkten Harz 34 und der Haut 36 nicht plastifiziert wird. Obwohl es von dem Material des thermoplastischen Harzes für die Außenhaut 36 und von deren Stärke abhängt, wird in vielen Fällen der Zwischenflächenbereich dann nicht beeinflußt, wenn das Formteil 30 soweit erwärmt wird, daß die Außenhaut 30 am Oberflächenbereich geschmolzen wird. Um ein glatte und glänzende Außenfläche des Endproduktes zu erhalten, ist es gleichfalls vorteilhaft,die Außenhaut 30 nicht zu schmelzen. Es ist insofern als vorteilhaft anzusehen, den Außenflächenbereich der Haut 36 nur zu erweichen, als dadurch die Möglichkeit ausgeschlossen wird, daß aufgrund einer Abnahme der Haftungskraft sich die Außenhaut 36 vom faserverstärkten Kunstharz 34 durch die Scherkraft löst, die während des Formgebungsvorganges anliegen kann, und daß die Außenhaut 36 zu stark abgeschnitten wird. Wenn andereseits die Außenhaut 36 unzureichend an ihrem Aussenf lächenbereich erweicht wird, werden Schneidstreifen oder Striemen auf der Außenfläche des Endproduktes auftreten.
•/18·
Um die obigen Verhältnisse zu erzielen, d.h. nur den Außenflächenbereich der Haut 36 zu erweichen, und um leistungsfähig ein Endprodukt mit hoher Abmessungsgenauigkeit zu erhalten, hat es sich als wichtig herausgestellt, daß das Zeitintervall über das das Formteil 30 mit den Werkzeugen in Berührung gehalten wird, in Abhängigkeit von dem Material des thermoplastischen Harzes verkürzt wird, das die Außenhaut 36 bildet.Dazu wurden gewisse Versuche durchgeführt, bei denen die Abziehgeschwindigkeit des Formteiles 30 bei Verwendung von drei Werkzeugen festlag und die Temperaturen der Werkzeuge, die Länge L und der Durchmesser D^ der Durchgänge, als Variationsfaktoren geändert wurden. Als Ergebnis wurde der Durchmesser des Durchgangs 81 des ersten Formwerkzeuges 66 annähernd gleich dem mittleren Durchmesser des Formteils 30 vor der Formgebung gemacht und wurde die Temperatur dieses Werkzeuges 66 verglichen mit dem Vorwärmwerkzeug 64 und dem zweiten Formwerkzeug 68 herabgesetzt, die auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes der Außenhaut 36 gehalten sind, wie es später beschrieben wird. Das beruht auf der Annahme,daß die höhere Temperatur des Durchgangs 81 den Erweichungsbereich vergrößern würde, so daß die Außenhaut 36 aufgrund des rheologischen Verhaltens in nicht erforderlichem Maß abgeschnitten würde.
Im folgenden wird ein spezielles Beispiel des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben, wobei die Außenhaut 36 aus geradkettigem Polyäthylen niedriger Dichte besteht. Es sei darauf hingewiesen, daß die folgenden Bedingungen mit einer Abwandlung des Materials der Außenhaut 36 geändert werden können.
Beispiel
Eine Formgebung eines Formteiles 30 mit einem Anfangsdurchmesser von 2,2 + 0,15 mm und einem Durchmesser des faserverstärkten Harzes 34 von 1 mm wurde unter den folgenden, in Tabelle
■HI-
aufgeführten Bedinungen durchgeführt
Vorwärmwerk- Formwerkzeug
zeug		 zweites
Länge in mm erstes 8
Durchgangsdurchmesser
in mm		 35 15 2,02
Abziehgeschwindigkeit
in m/min		 2.4 2.2
Werkzeugtemperatur 0C 8 250
250 210
Tabelle 1
(Winkel <*. jedes Werkzeuges betrug 120°)
Der Durchmesser des erhaltenen Produktes betrug 2,02 + 0.02 mm bei einer bemerkenswert hohen Genauigkeit, wobei das Produkt ein glänzendes Aussehen hatte, ohne daß Schneidstriemen auftraten.
Wenn die Länge jedes Werkzeuges verdoppelt wurde, ergab sich ein Produkt mit rauher Außenfläche, wobei sich die Haut 36 manchmal vom faserverstärkten Kunstharz 34 abgelöst hatte.
Wenn hinsichtlich der Temperatur dii? Heizunq86 des ersten Formwerkzeuges 06 so a lncieiAci 1 1L wurde, UaV, d.it< W^rk/i-uq Uh auf etwa 2600C gehalten wurde, war die Außenfläche des Produktes rauh. Wenn im Gegensatz dazu die Temperatur des Werk·
- -.-- 3:A19036
zeuges 66 auf etwa 1600C herabgesetzt wurde, traten Schneidstriemen an der Außenfläche auf. Ähnliche Versuche wurden durchgeführt, indem die Temperatur des zweiten Formwerkzeuges 68 verändert wurde. Es ergaben sich im wesentlichen dieselben Ergebnisse wie im Fall des ersten Formwerkzeuges 66, wobei zusätzlich bei niedriger Temperatur sich ein höherer Ziehwiderstand durch die Scherkraft ergab.
Das Endprodukt des stabartigen Formteiles eignet sich insbesondere zur Verwendung als optische Faser aufgrund der hohen Abmessungsgenauigkeit, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können jedoch auf verschiedene stabartige Formteile aus faserverstärktem Kunstharz und einer thermoplastischen Harzschicht angewandt werden, die das faserverstärkte Kunstharz umgibt, um die Außenabmessung derartiger Formteile zu vergleichmäßigen.
- Leers'eite -

Claims (13)

  1. Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann q Λ Λ Q (Ί O p
    Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.
    PATENTANWÄLTE
    ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE
    3/Li Ref. 094
    UBE-NITTO KASEI CO.,LTD.,Tokyo,Japan
    Verfahren und Vorrichtung zur Formgebung eines endlosen stabartigen Formteils
    PATENTANSPRÜCHE
    Verfahren zur Formgebung eines endlosen stabartigen Formteiles auf eine bestimmte Abmessung, welches Formteil einen Kern aus einem faserverstärkten härtbaren Harz und eine Außenhaut aus einem thermoplastischen Harz umfaßt, die den Kern ummantelt, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil in einen Durchgang eines erwärmten Werkzeuges eingeführt wird, wobei der Durchgang einen Durchmesser hat, der an seinem Eingang etwas größer als der Anfangsdurchmesser des Formteils, an seinem Ausgang jedoch etwas \leiner als der Anfangsdurchmesser des Formteils ist, das thermoplastische Harz der Außenhaut dadurch plastifiziert wird, daß das Formteil durch den Durchgang hindurchgeführt wird, wodurch ein Teil der Außenhaut entfernt und das Formteil unmittelbar nach dem Abziehen von dem erwärmten Werkzeug abgekühlt wird, um das thermoplastische Harz zu verfestigen und dadurch ein Produkt zu erhalten, dessen Durch-
    messer gleich dem Durchmesser des Ausgangs des Durchgangs ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das thermoplastische Harz nur am Außenflächenbereich der Außenhaut plastifiziert wird, ohne den Verbindungsflächenbereich zwischen dem Kern und der Außenhaut zu plastifizieren ,und daß das Formteil durch den Durchgang hindurchgeführt wird, ohne den Verbindungsflächenbereich zu beeinflußen.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das thermoplastische Harz des Außenflächenbereiches der Außenhaut erweicht wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das erwärmte Werkzeug ein Vorwärmwerkzeug und ein Formwerkzeug umfaßt, wobei das Vorwärmwerkzeug auf einer Temperatur gehalten wird, die über dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes der Außenhaut liegt, und der Außenflächenbereich der Außenhaut dadurch erweicht wird, daß das Formteil mit konstanter Geschwindigkeit durch den Durchgang im Vorwärmwerkzeug geführt wird, ohne den Verbindungsflächenbereich zu erweichen.
  5. 5. Vorrichtung zur Formgebung eines endlosen stabartigen Formteils auf eine vorbestimmte Abmessung, wobei das Formteil einen Kern aus faserverstärktem härtbarem Harz und eine Außenhaut aus thermoplastischem Harz umfaßt.die den Kern ummantelt,
    gekennzeichnet durch
    ein Werkzeug (42,44 ;64,66,68), in dem ein Durchgang
    (46,48 ;81,83) und eine Austragsöffnung (50;98,100) ausgebildet sind, wobei der Durchgang einen Durchmesser hat, der am Eingang etwas größer als der Anfangsdurchmesser des Formteils (30) und am Ausgang etwas kleiner als der Anfangsdurchmesser des Formteils ist, und die Austragsöffnung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Durchgangs so vorgesehen ist, daß sie den Durchgang mit der Außenseite des Werkzeuges verbindet, eine Heizung (54;84,86,88), die wenigstens einen Teil des Werkzeuges auf einer Temperatur hält, die über dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes der Außenhaut (36) liegt, und
    eine Einrichtung (56) zum Abkühlen und Verfestigen des thermoplastischen Harzes, die außerhalb des Werkzeuges in der Nähe des Ausgangs des Durchganges vorgesehen ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Werkzeug ein Vorwärmwerkzeug (42;64) und ein Formwerkzeug(44;66,68) umfaßt, und das Vorwärmwerkzeug auf einer Temperatur gehalten ist, die über dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes liegt.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Durchgang (46) im Vorwärmwerkzeug (42) einen Durchmesser hat, der etwas größer als der Anfangsdurchmesser des Formteils (30) ist, und daß der Durchgang (48) im Formwerkzeug (44) einen Durchmesser hat, der etwas kleiner als der Anfangsdurchmesser des Formteils ist, wobei die Austragsöffnung (50) an der Verbindungsstelle des Vorwärmwerkzeuges und des Formwerkzeuges ausgebildet ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Durchgang (48) im Formwerkzeug (44) an seinem Eingang (52) nach außen konisch ausgebildet ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Formwerkzeug ein erstes Formwerkzeug (66) und ein zweites Formwerkzeug (68) umfaßt, wobei das Vorwärmwerkzeug (64), das erste Formwerkzeug und das zweite Formwerkzeug unabhängig voneinander auf ihren jeweiligen Temperaturen gehalten sind, und die Temperatur des ersten Formwerkzeuges unter den Temperaturen des Vorwärmwerkzeuges und des zweiten Formwerkzeuges gehalten ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Durchgang (79,81,83) einen Durchmesser hat, der im Vorwärmwerkzeug (64) etwas größer als der Anfangsdurchmesser des Formteiles (30) ist, der im ersten Formwerkzeug (66) annähernd gleich dem Anfangsdurchmesser des Formteils (30) ist und der im zweiten Formwerkzeug (68) etwas kleiner als der Anfangsdurchmesser des Formteils (30) ist, und daß die Austragsöffnungen (98,100) an den Verbindungsstellen des Vorwärmwerkzeuges, des ersten Formwerkzeuges und des zweiten Formwerkzeuges jeweils ausgebildet sind.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Durchgang (79,81,83) an den Eingängen des ersten Formwerkzeuges (66) und des zweiten Formwerkzeuges (68) jeweils konisch ausgebildet ist.
  12. 12, Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß Wärmeisolierschichten (70) zwischen dem Vorwärmwerkzeug (64), dem ersten Formwerkzeug (66) und dem zweiten Formwerkzeug (68) jeweils vorgesehen sind, und daß eine Einrichtung zum Messen der Temperatur in den jeweiligen Werkzeugen vorgesehen ist, um dadurch unabhängig voneinan der die Temperaturen darin zu steuern.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einrichtung zum Messen der Temperatur Thermoelemente (90) umfaßt.
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