DE3725679A1 - Verfahren zum herstellen von kunststoffteilen unter verwendung von metallkernen, schmelzkessel zum schmelzen der metallkerne und anlage zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß komplizierte Bauteile mit Hohlräumen, die bisher aus Metall bestehen und aus Metall gegossen werden, aus Kunststoff hergestellt werden können. Kunststoffe haben einen Entwicklungsstand erreicht, daß sie auf vielen Gebieten einge­ setzt werden können, die bisher noch Metall-Legierungen vorbehal­ ten sind. So ist es beispielsweise bekannt, daß die Ansaugkrümmer von Fahrzeugverbrennungsmotoren aus entsprechenden Kunststoffen hergestellt werden könnten. Die Verwendung von Kunststoff hätte bei entsprechenden Verfahren für Ansaugkrümmer und entsprechende, ein Strömungsmedium führende Teile gegenüber dem Metall den Vor­ teil, daß extrem glatte Oberflächen bereits beim Herstellungs­ verfahren erzielt werden können und demzufolge das Nachbearbeiten entfallen könnte, das bei entsprechenden Metallgußteilen notwen­ dig ist, wenn zur Vermeidung von Strömungsverlusten extrem glatte Strömungswände verlangt werden. Obwohl diese Kenntnis keineswegs mehr neu ist, wurden bisher Teile der genannten Art nur als Einzelteile für besondere Anwendungsfälle aus Kunststoff gefer­ tigt; die industrielle Fertigung und demzufolge Serienanwendung solcher Kunststoffteile insbesondere im Motorenbau erfolgte bisher nicht, und zwar wegen des Fehlens entsprechender Ferti­ gungsmöglichkeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen und Mög­ lichkeiten aufzuzeigen, wie Hohlräume umschließende, komplizierte Bauteile, insbesondere Ansaugkrümmer für Fahrzeugverbrennungs­ motoren, so rationell aus Kunststoff gefertigt werden können, daß Kunststoff die im großindustriellen Bereich bisher ausschließlich zur Anwendung kommenden Metall-Legierungen ersetzen kann. Dabei geht es nicht um die Erfindung von Kunststoffen, die von ihrer Zusammensetzung und Qualität her Metall-Legierungen ersetzen könnten, sondern ausschließlich um das Erfinden entsprechender Fertigungsmöglichkeiten, die den großindustriellen Einsatz geeig­ neter Kunststoffe in rationeller Weise zulassen.

Die Maßnahmen gemäß dem Anspruch 1 kennzeichnen ein entsprechend nutzbares, erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren, der Anspruch 5 kennzeichnet einen erfindungsgemäßen Ausschmelzkessel, wie er bei einem erfindungsgemäßen Herstellungsvefahren zur Anwendung kommen kann und Anspruch 6 kennzeichnet eine Anlage, die mindestens einen erfindungsgemäßen Ausschmelzkessel als besonders wesent­ lichen Bestandteil aufweist und die Durchführung des Verfahrens in besonders zweckmäßiger Weise ermöglicht. Die Merkmale der den vorgenannten Ansprüchen zugeordneten Unteransprüche gestalten das Verfahren bzw. die Anlage in zweckmäßiger Weise aus.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der eine erfindungsgemäße Anlage schematisch dargestellt ist.

Ausgangspunkt für den erfindungsgemäßen Arbeitsprozeß ist eine an sich übliche Spritz- bzw. Blasmaschine 1, in der ein geeigneter Kunststoff zu einem komplizierten Bauteil mit entsprechend schwie­ rigen Hohlräumen verarbeitet wird. Die Form der Hohlräume wird durch Kerne aus einer Metall-Legierung bestimmt, deren Schmelz­ temperatur von etwa 150 bis 160°C deutlich unter der Temperatur liegt, bei der der die Kerne umhüllende Kunststoff weich wird oder gar zu fließen beginnt. Die Bereitstellung und Verarbeitung des Kunststoffes an sich sind so wenig Gegenstand der Erfindung wie die Maschine 1 selbst, so daß auf eine Beschreibung insoweit verzichtet werden kann. Als wesentlich soll lediglich gesagt werden, daß die entsprechend geformten Metallkerne in festgelegten Arbeitstakten der Maschine 1 zugeführt und dort in eine Form ein­ gelegt werden, worauf der Zwischenraum zwischen Form und Kern bzw. Kernen im Spritz- oder Blasverfahren mit Kunststoff gefüllt wird. Nach dem Verfestigen des Kunststoffes wird Kunststoffteil mit Kern der Form entnommen und von einer Übergabeeinrichtung 2, einem Hebezeug, Manipulator oder Roboter übernommen und einem Fördersystem 2 a übergeben. Die Kunststoffteile mit ihren einge­ formten Kernen werden einer Ausschmelzeinrichtung 3 zugeführt, die zumindest einen, gegebenenfalls mehrere, vorzugsweise zwei Ausschmelzkessel aufweist. Dies erfolgt wiederum mit einem Hebe­ zeug, Manipulator oder Roboter 2 b. Bei mehreren, vorzugsweise zwei Ausschmelzkesseln ist der Ausschmelzeinrichtung eine Weiche 4 vorgeschaltet, die die Zuführung der Kunststoffteile in gewolltem periodischem Wechsel zu den Ausschmelzkesseln bewirkt. Die Aus­ schmelzeinrichtung weist die beiden Ausschmelzkessel 5 und die beiden unteren Sammel- und Förderkessel 6 auf, wobei der Aus­ schmelzkessel 5 und beheizter Sammel- und Förderkessel 6 durch ein Fallrohr 7 miteinander verbunden sind. Beide Kessel stehen unter Umgebungsdruck, d.h. sind oben offen. Der Ausschmelzkessel 5 ist mit einer sogenannten Schutzflüssigkeit 8 eines spezifi­ schen Gewichtes γ ₁ von etwa 0,8-1 kg/dm³ gefüllt. Die Temperatur der Schutzflüssigkeit entspricht zumindest etwa der Temperatur, bei der das Kernmaterial schmilzt, liegt aber nicht unter dieser Temperatur. In diese Schutzflüssigkeit wird das Kunststoffteil mit eingeformtem Kern bzw. Kernen eingetaucht, worauf der Kern bzw. die Kerne ausgeschmolzen werden, ohne daß das Kunststoff­ teil angegriffen wird. Die Schutzflüssigkeit 8 verhindert ein Oxidieren der schmelzenden Metall-Legierung der Kerne. In jedem der beiden Kessel 5, von denen wegen Baugleichheit nur einer be­ schrieben ist, ist ein in die Schutzflüssigkeit 8 eingetauchtes Kunststoffteil mit 9, sein Kern aus einer Metall-Legierung mit 10 bezeichnet. Das ausgeschmolzene Metall mit dem spezifischen Gewicht γ ₂ von etwa 8,6 kg/dm³ gelangt durch das Fallrohr 7 aus dem oberen Kessel 5 in den unteren Kessel 6. Die Schmelze 11 im unteren Kessel 6 ist mit Schutzflüssigkeit des spezifischen Gewichtes γ ₁ abgedeckt und durch diese aufgrund der spezifischen Gewichte auf der Schmelze 11 schwimmende Schutzschicht 12 ist das Fallrohr 7 hindurchgeführt. Am unteren Ende des unteren Kessels 6 ist ein gesteuertes Auslaßrohr 13 angeschlossen, das beheizt ist und zu einer wiederum an sich üblichen Kerngießmaschine 14 führt, wo die Kerne im Überlaufverfahren hergestellt werden, das eine besonders glatte Kernoberfläche gewährleistet. Das zufließende Kernmaterial gelangt in einen Kessel 15 und wird von dort in die Kernform 16 verdrängt. Nach dem Erstarren des Kernes 16 a wird er der Form 16 entnommen und gelangt zu einer Pufferstrecke 17, von dort zu einem Manipulator, Roboter oder einem Hebezeug 18, und die Kerne 10 werden von diesem in die Kunststoffspritz- bzw. -blasmaschine 1 eingegeben, womit ein geschlossener, weitgehend verlustfreier Kreislauf für das relativ teuere Kernmaterial gegeben ist, das Verfahren deshalb rationell durchgeführt werden kann. Die entkernten Kunststoffteile gelangen zur Weiterverarbei­ tung in eine Förderstrecke 18. Das Schmelzen der Kerne in der Kernschmelzeinrichtung kann auf verschiedene Weise, beispiels­ weise elektrisch, aber auch durch die auf entsprechende Tempe­ ratur gebrachte Schutzflüssigkeit erfolgen, es soll auf jeden Fall bei schneller, hoher Wärmezufuhr erfolgen. Eine wiederum bekannte Programmsteuerung sorgt dafür, daß der gewollte Arbeits­ ablauf eingehalten wird und insbesondere die beiden Kernschmelz­ kessel programmgemäß eingesetzt werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen, die einen Hohlraum umschließen, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Form des Hohlraumes bestimmender Kern (10) aus einem Metall hergestellt wird, dessen Schmelztemperatur nied­ riger ist als die des verwendeten Kunststoffes (9), daß auf den Kern der Kunststoff im Spritz- oder Blasverfahren auf­ getragen wird, wobei die Außenform des Kunststoffteiles durch eine den Kern in einem die Wandstärke des Kunststoffteiles bestimmenden Abstand umgebende Form bestimmt wird und daß nach dem Aushärten des Kunststoffes der Metallkern ausgeschmolzen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausschmelzen des Kernes (10) in einem Schutzbad (8) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausschmelzen des Kernes durch Zufuhr von Fremdenergie erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdenergie in das Schutzbad (8) zugeführt wird, so daß dieses auf der Schmelztemperatur des Kernmateriales gehal­ ten ist.

5. Ausschmelzvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Ausschmelzkessel (5) zur Aufnahme des den Kern (10) umschließenden Kunststoffteiles (9), der durch ein Fall­ rohr (7) mit darunterliegenden Sammel- und Förderkesseln (6) verbunden ist, das in einen Sumpf aus geschmolzenem Metall der Zusammensetzung des Kernmateriales mündet, dem mittels eines unteren Entnahmerohres (13) zur Wiederverwendung geschmolzenes Material zumindest etwa in der Menge entnommen wird, in der im oberen Schmelzkessel Kernmaterial ausgeschmolzen wird und der nach oben durch eine Schutzflüssigkeit (8) abgedeckt ist, die das geschmolzene Kernmaterial gegen Oxidieren schützt, mit dem auch der Schmelzkessel gefüllt ist.

6. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4 unter Verwendung einer Ausschmelzvor­ richtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spritz- oder Blasmaschine (1) eine Aufgabeeinrichtung aufweist, der mit Kunststoff zu umhüllende Kerne (10) aus einer niedrigschmelzenden Metall-Legierung mit Hilfe eines Manipulators (18) zugeführt werden, die in eine Form eingelegt werden, wobei der Zwischenraum zwischen Form und Kern mit dem Kunststoff (9) durch eine Spritz- oder Blaseinrichtung aus­ gefüllt wird, daß eine erste Übergabeeinrichtung (2) vorge­ sehen ist, mit der mit Kunststoff umhüllte Kerne an ein Zwi­ schenlager (2 a) übergeben werden, daß eine zweite Übergabe­ einrichtung (2 b) vorgesehen ist, mit der mit Kunststoff um­ hüllte Kerne (9, 10) einer Ausschmelzstation (3) mit zumindest einem Ausschmelzkessel (5) übergeben werden, daß am oberen Ende des Ausschmelzkessels die zweite Übergabeeinrichtung vom Kern befreite Kunststoffteile dem Verbrauch bzw. der Zwischen­ lagerung (18) zuführt und daß am unteren Ende des Ausschmelz­ kessels eine Fördereinrichtung (6,13) zum Fördern von geschmol­ zenem Metall zu einer Kerngießmaschine (14) vorgesehen ist und daß die Kernausgabe der Kerngießmaschine über den Manipulator (18) mit der Aufgabeeinrichtung der Spritz- oder Blasmaschine (1) verbunden ist.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschmelzstation (3) mit "n" Ausschmelzkesseln (5) versehen ist, denen eine Weiche (4) vorgeschaltet ist, um von der ersten Übergabeeinrichtung (2) kommende mit dem Kunststoff­ teil (9) umhüllte Kerne (10) im periodischen Wechsel dem einen oder dem anderen Ausschmelzkessel zuzuführen, daß den oberen Kesselenden eine Weiche nachgeschaltet ist, um die von ihren Kernen befreiten Kunststoffteile im periodischen Wechsel dem Verbrauch bzw. einem gemeinsamen Zwischenlager (18) zuzuführen und daß die Kernausgaben an den unteren Enden der Ausschmelz­ kessel an eine Pufferstrecke (17) angeschlossen sind, denen der Manipulator (18) Kerne entnimmt, um sie an die Aufgabe­ einrichtung der Spritz- oder Blasmaschine (1) zu übergeben.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß "n"=2 ist.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine Programmsteuerung, mit der der Teiledurchlauf nach einem vorgegebenen Programm automatisch gesteuert wird.