DE19801675A1 - Bauelemente des Mantels eines Trommelzylinders - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine drehbare Tauchtrommel aus einem syntheti­ schen, elektrisch nicht leitendem Werkstoff zur chargenweisen chemi­ schen oder elektrolytischen Oberflächenbehandlung schüttfähiger Massen­ teile in wäßrigen Lösungen, bestehend aus zwei parallel zueinander stehenden, im allgemein kreisrunden ebenen Stirnwänden und aus einem, zwischen den beiden Stirnwänden, an diesen befestigten prismatischen Trommelmantel polygonalen Querschnitts, welcher sich seinerseits aus einer Anzahl von meistens untereinander gleichen, jeweils in Achsrich­ tung des Trommelzylinders gerichteten rechteckigen, paarweise an ihren geraden Längskanten durch Schweißung zusammengefügten ebenen, perfo­ rierten plattenförmigen Mantelseiten zusammensetzt, wobei der prismati­ sche Trommelzylinder über eine achsparallele, mit einem abnehmbaren Deckel verschließbare Be- und Entladeöffnung für die zu behandelnden Chargen aus Massenteilen verfügt.

Die Oberflächen schüttfähiger metallischer Kleinteile werden chargen­ weise mittels rotierender Tauchtrommeln in verschiedenen sauren oder alkalischen Lösungen unterschiedlicher Betriebstemperaturen während vorgegebener, sogenannter Expositionszeiten chemisch oder elektroly­ tisch behandelt. Definitionsgemäß ist eine Tauchtrommel ein Behälter prismatischer Raumform mit einem polygonalen Querschnitt. Der Trommel­ mantel setzt sich meistens aus fünf rechteckigen perforierten Seiten zusammen; eine sechste, meistens ebenfalls perforierte abnehmbare Man­ telseite stellt den Trommeldeckel dar. Der Trommelmantel wird zwischen zwei, zueinander parallelen Stirnwänden angeordnet und starr mit die­ sen verbunden.

Die Ecken des prismatischen Trommelmantels sind meistens mit stabför­ migen Leisten verstärkt, die von einer Stirnwand der Trommel zur ande­ ren in Längsrichtung verlaufen.

Die betriebliche Lebensdauer der, aus verschiedenen Kunststoffen be­ stehenden Tauchtrommeln ist hauptsächlich durch die Abriebfestigkeit der Materialien bestimmt, aus welchen sie hergestellt sind.

Die,mit metallischen Chargen schüttfähiger Massenteile beladenen Trom­ meln rotieren während der Expositionszeiten, die im allgemeinen 30 Minuten betragen, kontinuierlich mit Drehgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 10 U/min um ihre Längsachsen. Die Trommelchargen wiegen im allgemeinen etwa 70 kg; die Betriebstemperaturen der ver­ schiedenen Behandlungslösungen liegen in einem Intervall von 25 bis etwa 80°C.

Der Werkstoff des Trommelzylinders hat ein elektrischer Nichtleiter, chemisch beständig gegenüber den verwendeten Behandlungslösungen, mechanisch möglichst widerstandsfähig auch bei höheren Temperaturen sowie abriebfest zu sein. Für die Erfüllung solcher Bedingungen steht jedoch nur eine geringe Anzahl geeigneter synthetischer Werkstoffe zur Verfügung. Die betriebliche Erfahrung der letzten Jahre hat ihre Anzahl auf einige Arten von Polylefinen, hauptsächlich auf ein mög­ lichst thermostabilisiertes Polypropylen und auf hochmolekulare Poly­ ethylene beschränkt.

Es gehört zu den Merkmalen solcher Materialien, daß ihre (im Ver­ gleich zu jenen von Metallen) niedrigen werkstoff-spezifischen mecha­ nischen Festigkeitswerte bei steigenden Temperaturen drastisch fallen. Abhängig von der Abnahme der Festigkeitswerte nehmen auch ihre, an sich geringen Oberflächenhärten (Abrieb- und Schlagfestigkeiten) mit zu­ nehmenden Temperaturen schnell ab.

Die Chargenmasse kollert während der Trommeldehnung, und gleitet simul­ tan entlang der inneren Oberfläche der Trommelwandung im Gegensinn zur Rotationsrichtung hin.

Zwischen der Wandung des konstant rotierenden Trommelzylinders und der lose darin befindlichen Chargenmasse ergibt sich zwangsweise ein von Fall zu Fall verschieden großer Schlupf; die Charge neigt zufolge ihres Eigengewichtes im unteren Bereich der Tauchtrommel zu verbleiben und führt somit als Ganzes eine stetige Relativbewegung gegenüber der inneren Wandungsoberfläche durch. Die Charge schabt kontinuierlich unter dem Druck ihres Eigengewichtes, je nach der geometrischen Raum­ form der Massenteile sowie entsprechend der Drehgeschwindigkeit des Trommelzylinders dessen Wandung ständig ab.

Auf der Suche nach abriebfesten Kunststoffen für Trommelmäntel hat sich die Auswahl immer mehr auf hochmolekulare Typen des Polyethylens konzentriert. Vergleichbare Versuche haben gezeigt, daß die Abrieb­ festigkeit hochmolekularer Polyethylene jene der, am meisten für die Trommelkonstruktionen verwendeten Polypropylene um rund 25% über­ trifft (wobei der relative Volumen-Verschleißwert eines hochmolekula­ ren Polyethylens gleich 330, jener eines wärmestabilisierten Polypropy­ lens hingegen 440 ist).

Es ist fernerhin bekannt, longitudonale Stolperleisten an der Innen­ wandung der Trommelzylinder vorzusehen, um dem Verschleiß durch Abrieb entgegen zu wirken. Die Leisten verhindern das Gleiten der Chargen­ masse entlang der Trommelwandung, und reduzieren somit weitgehendst den Abrieb an dieser.

Als Nebenwirkung steigern die Leisten den Durchmischungsvorgang der Charge in der rotierenden Trommel, und verbessern gleichzeitig die gleichmäßige Verteilung der reduzierten Metallschichten auf den Massen­ teilen der gesamten Charge.

Der Abrieb findet am intensivsten im länglichen mittleren Bereich der einzelnen rechteckigen Mantelseiten, also zwischen je zwei benach­ barten Ecken des polygonalen Trommelzylinders statt.

Die deutsche Patentanmeldung DE 39 40 920 A1 hat diesen Zustand er­ kannt und schlägt zur Verhinderung des Abriebeffektes vor, die besag­ ten Stolperleisten an der Innenseite des Trommelmantels möglichst mit­ tig an den ebenen Mantelsegmenten anzuordnen.

Die erwähnten hochmolekularen Polyethylene sind jedoch mit einem er­ heblichen Nachteil für die betriebliche Herstellung von Trommelzylin­ dern aus diesem Material behaftet; die schweißtechnische Zusammenfü­ gung ist fertigungsmäßig schwierig, zeit- und außerdem außerordentlich kostenaufwendig. Zieht man ferner die besonders hohen Ausdehnungskoef­ fizienten der Polyolefine (insbesondere jene der hochmolekularen Poly­ ethylene), die verbleibenden thermomechanischen Spannungen in den Ver­ schweißungsbereichen der zusammen gefügten Trommelseiten, die plötz­ lichen Temperatursprünge, denen die Trommelzylinder im Laufe der Be­ handlungsverfahren in den verschiedenen Badlösungen ausgesetzt werden in Betracht, so sind die beträchtlichen Mängel der, nach dem Stand der Technik hergestellten Tauchtrommel offensichtlich.

Die bisherige Erfahrung der Praxis zeigt, daß sich nur jene Trommel­ zylinder aus hochmolekularen Polyethylenen hinreichend betriebssicher erwiesen haben, die mittels des sogenannten Heizelement-Stumpfschweiß­ verfahrens zusammen gefügt sind.

Das besagte Verfahren setzt hohe Temperaturen von rund 220°C an den, sich berührenden Flächen bei Anpreßdrücken von etwa 0,05 N/mm² während deren Erwärmung, und von konstanten 0,15 N/mm² während des abschließen­ den Schweißvorganges voraus. Die zugehörigen zeitabhängigen Bewegungs­ abläufe sowohl des Heizelementes als auch der beiden zu verschweißen­ den Trommelteile haben in schneller Folge bei kurzen Zeitintervallen von unterschiedlicher Dauer vor sich zu gehen, und setzen daher zwingend den Einsatz automatisch programm-gesteuerter, entsprechend kostenauf­ wendiger Schweißmaschinen voraus. Als Resultat ergibt sich allerdings ein Trommelzylinder aus einem abriebfesten hochmolekularen Polyethylen, der einen einzigen homogenen, massiven und fugenlosen, wie aus einem vollen Material geschnittenen Körper außerordentlicher mechanischer Festigkeit bildet.

Die hauptsächlichsten großen Nachteile des Stumpfschweißens mit einem Heizelement sind - außer dem hohen Kostenaufwand für die gesteuerte maschinelle Einrichtung - im Wesentlichen der erhebliche, hiezu benötig­ te Zeitbedarf und die, unvermeidlich im Körper des Innenzylinders, in Abhängigkeit von der Anzahl der getätigten Schweißnähte verbleibenden Felder thermomechanischer Spannungen.

Die Durchführung eines einzigen schweißtechnischen Verfahrensschrittes, d. h. das Ausrichten der, zu fügenden beiden Teile, ihre genaue Befesti­ gung, das folgende Anschmelzen, das Anschweißen und das Abkühlen unter Druck benötigen eine Zeit von etwa 10 bis 15 Minuten. Sollen zusätz­ liche Stolperleisten an den Trommelseiten (gemäß dem Beispiel der deut­ schen Patentschrift DE 39 40 920 A1) vorgesehen werden, so sind 10 Schweißnähte oder 120 bis 150 Minuten für die Herstellung eines einzigen Trommelmantels sechseckigen Querschnitts erforderlich.

Maschinelle Einrichtungen zum Heizelement-Stumpfschweißen sind bekannt­ lich außerordentlich teuer in ihrer Anschaffung; die Relation Maschinen­ aufwand - Nutzungszeit ist daher im Hinblick auf eine betriebswirt­ schaftliche Herstellung des Trommelmantels als äußerst ungünstig zu werten. Es ist demnach ein Gebot rationeller Betriebsführung, die An­ zahl der benötigten Schweißnähte, d. h. der -zeiten für die einzelnen Trommelzylinder drastisch auf ein absolut notwendiges Minimum zu reduzieren.

Es ist bekannt, daß das Aufwärmen der beiden, zu verschweißenden Mantelseiten aus Polyolefinen zu Schmelztemperaturen an den zu ver­ bindenden Flächen führt, die in der Größenordnung um 220°C liegen. Die benachbarten Bereiche der Fügeflächen vergrößern sich zufolge ihrer hohen Ausdehnungskoeffizienten dementsprechend.

Die verschweißten Trommelseiten verbleiben unter einem kontinuierlich anhaltenden Anpreßdruck in der Schweißmaschine, bis sie auf annähernd die Raumtemperatur abkühlen; verbleibende thermomechanische Spannun­ gen im Bereich der Fügeflächen sind daher unvermeidbar.

Die Folgen treten zuerst als Mikrorisse im Umfeld der Fügeflächen auf, welche sich im Laufe der betrieblichen Trommelnutzung (mit sprung­ haft wechselnden großen Temperaturschwankungen) allmählich vergrößern und zu Spalten sowie Brüchen führen.

Es ist in diesem Zusammenhang festgestellt worden, daß beispiels­ weise beim Glanzvernickeln in Lösungen, deren Temperaturen näherungs­ weise 55°C betragen und in welchen der Trommelkörper während einer langen Verweilzeit (von etwa 30 Minuten oder länger) bleibt, dieser vollständig auf die Temperatur des Behandlungsbades erwärmt wird.

Der, solcherart schweißtechnisch zusammen gefügte und erwärmte Trom­ melzylinder wird anschließend plötzlich in das verfahrenstechnisch folgende Spülbad mit einer Wassertemperatur von etwa 10°C einge­ taucht. Es treten sofortige starke lokale Spannungen zwischen den schnell schrumpfenden Oberflächen des Trommelmantels und dessen warmen, ausgedehnt verbleibendem Kern auf. Synthetische Werkstoffe sind bekanntlich schlechte Wärmeleiter; die auftretenden Spannungen bedürfen folglich einer relativ langen Zeit, um sich temperaturmäßig auszugleichen.

Die betriebliche Erfahrung zeigt fernerhin, daß sich die stetig er­ weiternden Spalten insbesondere zu Brüchen an jenen Stellen des Trom­ melzylinders führen, an denen ihre massiven dickwandigen Eckleisten an den Trommelseiten angrenzen. Diese Erscheinung tritt häufig bei Tauchtrommeln aus hochmolekularen Polyethylenen auf.

Die Erfindung hat sich hauptsächlich die Aufgabe gestellt, eine be­ triebssichere sowie praxisbezogene Tauchtrommel, vorzugsweise eine solche aus hochmolekularen Polyethylenen herstellbar zu machen, und dabei die bekannten Mängel des technischen Standes weitgehendst zu vermeiden. Die Lösung der gestellten Aufgabe zielt vornehmlich auf vorrichtungsmäßige Verbesserungen hin, welche die werkstattspezifi­ schen Merkmale der hochmolekularen Polyethylene berücksichtigen und gleichzeitig den Herstellungsprozeß solcher Trommeln möglichst ver­ einfachend kostengünstig beeinflussen.

Die Erfindung trägt fernerhin dazu bei die, ansonsten in den Berei­ chen der schweißtechnisch zusammen gefügten Mantelseiten verbleiben­ den thermomechanischen Spannungen zu verkleinern und in konsequenter Weise ihre Verformungen an der Trommelwandung durch die, darüber gleitende Charge schüttfähiger Massenteile drastisch zu verringern.

Die allgemeine Lebenserwartung der Tauchtrommeln soll daher durch eine Abnahme des Abriebs, d. h. durch einen, sehr geringen Verschleiß und durch eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungsrissen erheblich verlängert werden; der erfindungsgemäße Trommelzylinder weist also ein hervorragendes Langzeitverhalten auf.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die einzelnen Mantel­ seiten aus einer, im wesentlichen geraden ebenen, rechteckigen perfo­ rierten Platte, und aus einer oder mehreren, im allgemeinen parallel zur Rotationsachse des Trommelzylinders verlaufenden, innerhalb des besagten Plattenrechtecks angeordneten stabförmigen Versteifungs­ rippen vorzugsweise rechteckigen Querschnitts bestehen, wobei Platte und Rippen gemeinsam ein einstückiges, daher ein fugenloses, werk­ stoffmäßig einheitlich homogenes Konstruktionselement für den Mantel des polygonalen Trommelzylinders bilden.

Der, im Querschnitt regel- oder unregelmäßig polygonale Mantel setzt sich im wesentlichen aus einer, je nach seiner jeweiligen Größe sich ergebenden Anzahl von, stets in geometrischer Form sowie Abmessungen unter einander gleichen einheitlichen Mantelelementen zusammen.

Die Erfindung ist sich der Erfahrung aus der betrieblichen Praxis bewußt, die Bauelemente des Trommelzylinders mit einem unumgänglich notwendigen Minimum an Wärmezufuhr schweißtechnisch zu verbinden. Die Erfindung hat sich in diesem Zusammenhang das Ziel gesetzt, die Anzahl der Fügungsnähte für die Mantelseiten und deren Einbau in den polygonalen Trommelmantel konstruktiv auf einige wenige, absolut not­ wendige zu beschränken. Erfindungsgemäß werden die einstückigen Man­ telseiten des Trommelzylinders vorzugsweise aus einem massiven Block vollen Materials, etwa aus einer prismatischen dickwandigen, länglichen und geradlinigen Halbzeug-Tafel aus einem synthetischen Werkstoff, beispielsweise aus hochmolekularem oder ultrahochmolekularem Polyethy­ len gefertigt.

Solche Halbzeug-Tafeln sollen - im Sinne der Erfindung - insbesondere nach dem Preßsinter-Verfahren hergestellt werden. Die pulver- oder granulatartigen Formmassen aus einem Polyolefin werden in erhitzte, flache Formwerkzeuge eingefüllt und unter Druck komprimiert. Nach dem die erwärmte Formmasse vollständig (bei Temperaturen über 150°C im dickwandigen Blockinneren) plastisch wird, kann anschließend der Druck von ursprünglich 0,3 bis 0,5 N/mm²während der Abkühlungsphase zur Raumtemperatur hin auf 1,5 N/mm² erhöht werden. Die plattenförmi­ gen Tafeln werden dadurch weitgehendst frei - trotz ihrer erheblichen Dicken von 80 mm und mehr - von möglicherweise verbleibenden thermo­ mechanischen Spannungen.

Ein weiteres, durch die Erfindung bevorzugtes Halbzeug-Material ist jenes der sogenannten gepreßten Polyolefin-Platten. Dickwandige Strei­ fen aus, beispielsweise einem hochmolekularen Polyethylen werden zu­ erst extrudiert und anschließend in einem kontinuierlichen Verfahren erwärmt sowie unter erheblichen Drücken mechanisch gepreßt. Die sol­ cherart behandelten dickwandigen Platten aus vornehmlich einem hoch­ molekularen Polyethylen erfahren einen, dem Tempern ähnlichen Vorgang welcher zu ausgleichenden, armen, gegen Null konvergierenden Feldern thermomechanischer Spannungen führt.

Die einstückigen Mantelseiten samt ihren Versteifungsrippen werden er­ findungsgemäß aus solchen massiven prismatischen Halbzeugen thermo­ stabilisierten Polypropylens, aus hochmolekularem oder ultrahochmole­ kularem Polyethylen vorzugsweise im spanabhebenden Fertigungsverfahren hergestellt.

Die, dabei anfallenden Späne werden, vermischt mit pulverförmigen Formmassen wiederum in die Werkzeugformen geschüttet und nach ent­ sprechender Erwärmung unter Druck zu den prismatischen Platten aus den verschiedenen Polyolefinen verarbeitet.

Die Zylinderseiten der polygonalen Trommel nach der deutschen Patent­ anmeldung DE 39 40 920 A1 sind desgleichen mit einer zentralen Ver­ steifungsrippe ausgerüstet. Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Maß­ nahme werden diese innerhalb der plattenförmigen Trommelseiten durch zwei, beidseitig davon im Heizelement-Schweißverfahren durchgeführten Fügungsnähte angeordnet und befestigt. Das Anschmelzen der besagten Bauelemente an ihren Fügeflächen auf rund 220°C und ihr anschließendes Abkühlen auf Raumtemperatur erzeugt unvermeidlicherweise lokale Span­ nungsfelder erheblicher Intensität.

Es bedarf außerdem auch einer Berücksichtigung des wirtschaftlich ent­ scheidenden Zeitfaktors. Die Anbringung einer Versteifungsrippe nach dem zuvor erwähnten Stand der Technik beansprucht an einer einzigen Mantelseite - wie zuvor dargelegt - bereits eine Fertigungszeit von ungefähr einer halben Stunde.

Fernerhin, durch den jähen Temperaturwechsel in den verschiedenen Badlösungen der einzelnen Behandlungsschritte eingeleitete Prozeß einer allmählichen Rißbildung zwischen den stumpf geschweißten Trom­ melelementen führt allmählich zur Entstehung von Brüchen.

Die Versteifungsrippen verlaufen vornehmlich in der Mitte der recht­ eckigen plattenförmigen Mantelseiten, parallel zur Längsachse des Trommelzylinders. Die Erfindung zieht es vor, eine Versteifungsrippe vorzusehen, die in einem kreuzförmigen Querschnitt zur ebenen Platte der Mantelseite steht, also beidseitig dieser angeordnet ist. Der, dem Innenraum des Trommelzylinders zugewandte Anteil der Rippe wirkt als Stolperleiste mit allen Vorteilen für den Galvanisiervorgang sowie die verlängerte Lebensdauer des Trommelmantels, jener an der Außen­ wandung befindliche Anteil hingegen verstärkt wesentlich die Festig­ keit des Trommelkörpers als Ganzes.

Ist bei verhältnismäßig geringen Chargen die Schlüsselweite des Trom­ melzylinders relativ klein und die Plattendicke der Mantelseiten groß, so genügt nur eine einseitige Versteifungsrippe als Stolperleiste zum Innenraum des Trommelgehäuses hin, um den notwendigen Festigkeitser­ fordernissen zu entsprechen.

Als weitere Variante der Erfindung sei darauf hingewiesen, daß je eine Versteifungsrippe entlang jeder der beiden Längskanten der perforierten Mantelplatte, also parallel zueinander vorgesehen werden. Es ist vor­ teilhaft, die besagten zwei Rippen einteilig an der, dem Innenraum des Trommelzylinders zugewandten Plattenseiten anzuordnen. Die, aneinander stoßenden einteiligen Versteifungsrippen zweier benachbarter Mantel­ seiten bilden gemeinsam eine, in der Ecke des polygonalen Trommelzylin­ ders befindliche Stolperleiste, und gleichzeitig auch die V-förmige Fuge für die schweißtechnische Verbindung der beteiligten Mantelseiten.

Ist die Schlüsselweite der Trommelkörper verhältnismäßig groß, so ist es zweckmäßig zwischen den Stolperleisten in den Zylinderecken eine weitere, mittig in der perforierten Mantelplatte aufzustellen.

Die Verteilung der Stolperleisten an inneren Umfang des Trommelmantels führt zur Bildung eines kinematischen Systems, welches aus der Chargen­ masse und dem Trommelzylinder als wesentliche mechanische Komponenten einschließt.

Die schüttfähigen Massenteile bilden als Charge in der sich drehenden Tauchtrommel eine amorphe Punktmenge, die sich im Rotationssinn um­ wälzt. Die Chargenperipherie verzahnt sich in der polygonalen Innen­ wandung des Trommelzylinders, die geometrisch aus zentrisch symmetri­ schen, regelmäßig verteilten winkeligen Ecken und Stolperleisten be­ steht. Die Charge gleitet nicht mehr auf der Trommelwandung hinweg, sie dreht sich simultan mit dieser mit.

Es ist bekannt, daß die Peripherie der Charge einen Faraday'schen Käfig bildet und die elektrolytische Beaufschlagung mit dem zu galvani­ sierenden Metall nur in diesem Randbereich vor sich geht. Die Erzielung gleicher und gleichmäßiger Metallschichten auf allen Massenteilen der Trommelcharge gilt als Voraussetzung, um den betrieblichen Produktions­ forderungen zu entsprechen. Es ist offensichtlich, daß es zur Erfüllung dieser Forderung alle Massenteile für annähernd gleich lange Zeit­ perioden im peripheren Randbereich der Charge zu verweilen haben.

Die, vom elektrischen Reduktionsfeld abgeschirmten Massenteile im räumlichen Kern der Charge haben mit einer regelmäßigen Häufigkeit zu dessen Randbereich hin zu wandern, und die, periodisch sich dort auf­ haltenden Teile sollen den umgekehrten Weg zum Kern hin zurücklegen. Zur Durchführung dieser Wanderbewegungen bedarf es aber gerichteter Kräfte, die offensichtlich nicht vorhanden sind. Der benötigte Durch­ mischungsvorgang geht ungeordnet vor sich, und die Einflußfaktoren sind von einem konkreten Einzelfall zum nächsten verschieden; der Wirkungsgrad der benötigten Chargendurchmischung bleibt gering.

Charge und Trommelzylinder rotieren - wie zuvor dargelegt - simultan der nicht synchron. Die Umfangslänge am Querschnitt des polygonalen Trommelzylinders verhält sich zu jener der Charge annähernd wie 4 : 3 (bei einer, zu ungefähr einem Drittel gefüllten Trommel), oder anders ausgedrückt, zu vier vollen Umdrehungen der Charge entsprechen drei der Tauchtrommel.

Die Erfindung schlägt zur sprunghaften Steigerung des Durchmischungs­ effektes für die Massenteile vor, den Trommeldeckel mit einer gerad­ linigen, ebenen und großflächigen Umwalzleiste auszurüsten, die nahezu senkrecht zu diesem steht und bei jeder einzelnen Trommelrotation tief in die Chargenmasse, bis zu ihrem Kern hin eingreift.

Trommelzylinder und Charge rotieren simultan, verzahnt in dem System von Stolperleisten und Mantelecken mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit, und zwar in einem Zustand relativen kinematischen Gleichgewichts. Die einzelnen Massenteile kreisen im wesentlichen in konzentrischen Bahnen um den Chargenkern herum.

Die erfindungsgemäße Umwälzleiste am Trommeldeckel hat und erfüllt eine störende Funktion im Hinblick auf das besagte kinematische Gleich­ gewicht.

Der temporäre, periodische und mechanisch tiefe Eingriff in die amorphe Chargenmasse durch die Umwälzleiste wirbelt diese in ihrer Gesamtheit durch und wirft alle Massenteile aus ihren regelmäßigen stationären Bewegungsbahnen heraus. Es findet eine vollständige dynamische Durch­ mischung mit dem überraschenden Erfolg einer gleichmäßigen metallischen Beaufschlagung aller Massenteile der Charge statt. Die Einhaltung enger Toleranzgrenzen, mit einem verschwindend kleinen Prozentsatz an Ausschußteilen und verkürzter Galvanisierzeiten ist somit gewähr­ leistet.

Das spanabhebende Fertigungsverfahren der Mantelseite aus, nach dem Preßsinter-System hergestellten oder gepreßten plattenförmigen Halb­ zeugen synthetischen Materials sichert eine weitgehende Freiheit von thermomechanischen Spannungen trotz des, an seinen Ecken durch Schweißung zusammen gefügten Trommelzylinders.

Die bevorzugten Polyolefine der Erfindung für die Herstellung der ein­ stückigen Mantelseiten sind die thermostabilisierten Polypropylene sowie insbesondere die hochmolekularen Polyethylene, gekennzeichnet mit einer Molmasse von 300.000 bis 800.000 g.mol^-1 und die ultrahochmoleku­ laren Polyethylene mit einer Molmasse von 1.000.000 bis 8.000.000 g.mol^-1. Die besagten Polyethylene zeichnen sich außer der, auch dem genannten Polypropylen eigenen Eigenschaften hoher Festigkeitswerte bei erhöhten Temperaturen und ausgezeichneter chemischer Beständigkeit gegenüber konzentrierten alkalischen sowie sauren Behandlungslösungen, auch durch ihren vorzüglichen Widerstand gegenüber den, durch mechanischen Abrieb verursachten Verschleiß.

Die Faktoren der Abriebfestigkeit von Polypropylen, hochmolekulare und ultrahochmolekulare Polyethylene verhalten sich im Verhältnis 4,4 : 3,3 : 1. Die hochmolekularen Polyethylene zeichnen sich durch ihr günstiges Gleitverhalten (durch einen niedrigen Reibungskoeffizien­ ten infolge antiadhäsiver Eigenschaften) und eignen sich bevorzugt zur Herstellung von Trommelzylindern, wo eine geringe Reibung bzw. ein geringer Verschleiß gefordert wird.

Die Mantelseiten des polygonalen Trommelzylinders stehen in einer geneigten Stellung zueinander und bilden stumpfe Winkel von, im allgemeinen 120°. Je zwei, sich entlang ihrer Längskanten berührenden rechteckigen Mantelseiten werden schweißtechnisch zur Bildung des Trommelmantels zusammen gefügt.

Verwendet man das Verfahren des Heizelement-Stumpfschweißens zum Zusammenbau des Trommelzylinders, so verlaufen die Fügeflächen, also die Längskanten der beiden Mantelseiten parallel zueinander; die direkte sowie kraftschlüssige Verbindung der Mantelseiten durch das Stumpfschweißen ist zeit - und bedingt durch die notwendige, programm­ gesteuerte maschinelle Schweißapparatur - kostenaufwendig.

Entschließt man sich für das Zusammenfügen der beiden einstückigen Mantelseiten durch Heißgas-Schweißen, gegebenenfalls unter Verwendung von Schnellschweiß-Düsen, so bilden die gegenüberliegenden Flächen ihrer Längskanten eine Fuge in der Form eines V, die ein- oder mehr­ lagig mit Schweißdraht gefüllt wird. Besonders dicke Mantelseiten lassen sich durch Schweißnähte in der Form eines X verbinden.

Ein, durch die Erfindung besonders bevorzugtes und zur Zusammenfügung zweier benachbarter Mantelseiten ist jenes des Extrusionsschweißens. Die beiden gegenüberliegenden Fügeflächen bilden dabei eine V-förmige Fuge mit einem Öffnungswinkel von etwa 45° bis 50°, die unter dem Druck der Extruderdüse mit plastifiziertem Werkstoff gefüllt wird. Das, bei einer Temperatur von rund 220° geschmolzene Polypropylen oder Polyethylen bildet als Schweißnaht eine homogene, innig mit den beiden einstückigen Mantelseiten verbundene Materialmasse.

Der Gegenstand der Erfindung läßt sich durch den Haupt- und den Unter­ ansprüchen in drei funktionell zusammen hängenden Stufen kennzeichnen, und zwar durch

• a) seine besondere geometrische Raumform,
• b) die spezifische Auswahl seiner Werkstoffe und
• c) die verschiedenen Fertigungsverfahren zu dessen gewerblicher Nutzung.

Die Erfindung wird an schematisch dargestellten Beispielen näher be­ schrieben. Die folgenden Figuren geben abstrahierende, auf das Wesent­ liche des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zugehörigen Vorrich­ tungen beschränkte Darstellungen wieder.

Bekannte, dem Fachmann geläufige Konstruktionselemente werden daher nicht berücksichtigt.

Fig. 1 stellt eine prismatische, dickwandige massive Tafel vollen Materials dar, aus welchem die einstückige Mantelseite durch ein mechanisch spanabhebendes Fertigungsverfahren hergestellt werden.

Fig. 2 zeigt perspektivisch die, aus dem massiven Block der Fig. 1 spanabhebend hergestellte einstückige Mantelseite, deren plat­ tenförmiger Teil anschließend perforiert wurde.

Fig. 3 gibt den Querschnitt eines polygonalen Trommelmantels wieder, welcher sich hauptsächlich aus den besagten einstückigen Man­ telseiten zusammensetzt.

Fig. 4 veranschaulicht einen Längsschnitt durch einen Trommelzylinder, ähnlich jenem der Fig. 3 und die

Fig. 5 dessen perspektivische Ansicht.

Fig. 6 gibt perspektivisch den Trommeldeckel wieder an dessen, dem Innenraum des Trommelzylinders zugewandten Seite eine soge­ nannte Umwälzleiste erkennbar ist.

Fig. 7 dann die schweißtechnische Zusammenfügung zweier einstückiger Mantelseiten entlang ihrer, aneinander anliegenden Längskanten entnommen werden.

Die Fig. 1 zeigt einen prismatischen, dickwandigen und massiven Block 1 vollen Materials, beispielsweise aus einem ultrahochmolekula­ ren Polyethylen, dessen Dimensionen der Länge, Breite und Höhe jener einer einstückigen Mantelseite 2 entsprechen. Der tafelförmige feste Körper 1 umfaßt (schließt) die Mantelseite 2 vollständig ein und wird mit strichpunktiertem Geraden dargestellt, im Gegensatz zur da­ rin eingeschlossenen, durch volle Linien wiedergegebenen Mantelseite (2).

Die erfindungsgemäße spanabhebende Herstellung der Mantelseite 2 führt dazu, daß ein erheblicher Teil des Tafelvolumens mechanisch ent­ fernt wird, und zwar in der Form von Spänen. Die anfallenden Späne werden gemeinsam mit Granulatkörnern der gleichen Type des hochmole­ kularen Polyethylens in entsprechende Formen gefüllt, erhitzt und - beispielsweise - im Preßsinter-Verfahren wiederum zur Erzeugung mas­ siver Blöcke vollen Materials verwertet.

Das Beispiel der einstückigen Mantelseite 2 aus der Fig. 2 setzt sich aus einer ebenen geradlinigen, mit Perforationen 3 versehenen Platte 4 und der, in ihrer Mitte sowie parallel zur Längsachse des Trommelzylinders verlaufenden, im wesentlichen senkrecht dazu stehen­ den stabförmigen Versteifungsrippe 5 zusammen.

Die besagte Rippe 5 der Fig. 2 ist zweiteilig, und zwar beiderseitig der Platte 4 angeordnet. Der eine Teil liegt an der Innenwandung des Trommelmantels und erfüllt somit, außer seiner Funktion festigkeits­ verstärkend zu wirken, auch jene einer Stolperleiste. Der ergänzende, gegenüber liegende Teil der Versteifungsrippe 5 ist an der Außen­ wandung des Trommelzylinders vorgesehen und hat primär zur zusätz­ lichen mechanischen Festigkeit der Mantelseite 2 beizutragen.

Die Fig. 3 veranschaulicht im Querschnitt die Doppelfunktion der Versteifungsrippen 5, die radial vom Mittelpunkt des Trommelzylinders aus laufen und am Umfangskreis der Stirnseiten 6 enden. Die rechtecki­ gen Außenkanten der Rippen 5 sind rotationssymmetrisch hinsichtlich des besagten Mittelpunktes der Trommel vorgesehen und schmiegen sich solcherart an der konzentrischen Innenwandung einer zylindrischen den Trommelzylinder umschließenden Kammer an.

Eine solche Kammer ist ein wesentliches Bauelement eines sogenannten Trommeltrockners oder, am Traggerüst eines Laufwagens für den Trommel­ transport befestigt, einer sogenannten Abblashaube (zur Rückgewinnung der angeschleppten Restmengen von Behandlungslösungen). Eine Luft­ strömung soll durch die beiden vorgenannten Vorrichtungen, also durch den perforierten Trommelzylinder und die darin enthaltene Charge schüttfähiger Massenteile, in vertikaler Richtung von oben nach unten erfolgen. Die rotationssymmetrisch am Trommelumfang befindlichen Außenteile der Versteifungsrippen 5 dienen in diesen Fällen als Dich­ tungsleisten, zur Lenkung der strömenden Luft durch den Trommelzylinder hindurch.

Die Erfindung läßt die Optionen offen, die Versteifungsrippe 5 nur einseitig, d. h. an der Innenwandung der einseitigen Mantelseite 2 oder nur an deren Außenwandung anzubringen.

Werden hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit und Verzugsfreiheit der Mantelseiten 2 gestellt, so können diese getempert werden. Die,mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 20°C/h auf 120 bis 125°C aufgewärm­ ten Mantelseiten 2 werden in diesem Temperaturbereich für jeweils 1 h je 10 mm Dicke der Versteifungsrippen 5 gehalten. Das anschließende langsame Abkühlen der einstückigen Mantelseiten 2 auf 30°C (mit einer mittleren Abnahme der Temperatur von 10°C/h) gewährt spanungsarme Bauelemente 2 des Trommelzylinders.

Die Erfindung schlägt zur Einhaltung genauer sowie stabiler geometri­ scher Raumformen und Dimensionen vor, die einstückigen Mantelseiten 2 mittels rechnergesteuerter Werkzeugmaschinen (beispielsweise nach dem CNC-System) fertigungsgerecht herzustellen. Die dabei erreichbaren Maßtoleranzen sollen jenen des Normblattes DIN 7168 (Genauigkeits­ grad m (mittel) entsprechen.

Dem Querschnitt der Fig. 3 ist der, mit einem Handgriff 8 versehene perforierte Deckel 7 des polygonalen Trommelzylinders zu entnehmen.

Die Fig. 6 zeigt den abnehmbaren Deckel 7 mit einer sogenannten Um­ wälzleiste 12 aus einer perspektivischen Ansicht, und zwar vom Innen­ raum des Trommelzylinders her. Die dargestellte, geneigte Leiste 12 greift tief in die amorphe Charge der Massenteile bei jeder ein­ zelnen Rotation ein, und durchwirbelt diese in einer regelmäßigen periodischen Zeitfolge. Die eintretende intensive Durchmischung bringt auch jene, die ansonsten innerhalb des Chargenkerns rotierenden Chargenteile sehr schnell in den Randbereich des (als Faraday'schen Käfig wirkenden) Konglomerates und erwirkt - bei verkürzten Galvani­ sierzeiten - einen gleichmäßig verteilten, ausschußfreien metallischen Niederschlag auf der Gesamtheit aller schüttfähigen Massenteile. Der prozentuelle Ausschuß wird auf ein Minimum reduziert.

Die Deckel 7 der Fig. 4 und 5 hingegen sind zweiteilig, perforiert und - je Teil - mit je einem Drehgriff 9 ausgerüstet.

Der, in sich starre mehrseitige Trommelmantel ist mittels der Reib­ kegel 10 (mittels Reibkegel-Schweißen) an den beiden Stirnwänden 6 befestigt. Die Reibkegel 10 verbinden die Stirnwände 6 mit den Enden der Versteifungsrippen 5 an den Mantelseiten 2, welche an diesen an­ liegen. Die drehsymmetrischen Kegel 10 dringen zentrisch in die besag­ ten Enden der Versteifungsrippen 5 unter einem Erwärmungsdruck von etwa 0,3 N/mm² und einem abschließenden Fügedruck von rund 0,8 bis 1,2 N/mm² (bei Drehgeschwindigkeiten von 150 bis 200 m/min) ein. Die entstehende Reibungswärme führt zur Plastifizierung der Berührungs­ flächen der zu verbindenden Trommelelemente 5 sowie 10 und - nach Abkühlung auf Raumtemperatur - zu einer schweißtechnischen Verbindung hoher Fertigkeitswerte, nahe jenen des vollen Materials.

Die Fig. 7 stellt das erfindungsgemäße Beispiel der Zusammenfügung zweier einstückiger Mantelseiten 2 durch Schweißung entlang ihrer, aneinander anstoßenden Längskanten.

Die hiezu bevorzugten Schweißverfahren nach der Erfindung sind jene des Heizelementes, der Warmgas-Ziehschweißung mit Draht sowie der Warmgas-Extrusion mit plastifizierter Masse.

Das Warmgas-Zieh- und Extrusionsschweißen von hoch- und ultrahochmole­ kularem Polyethylenen unter Verwendung von hochmolekularen Polyethy­ lenen als Schweißdraht oder als Extrusionsmasse sind im deutschen Patent DE 36 30 294 C2 der Hoechst AG beschrieben.

Die Plattensegmente 4 zweier aneinander unter einem Winkel von 125° anliegender rechteckiger und einstückiger Mantelseiten des polygona­ len Trommelzylinders sind - nach der Fig. 6 - durch Extrusions­ schweißung zusammen gefügt. Die Mantelseiten 2 seien aus einem ultra­ hochmolekularem Polyethylen. Dem Stand der Technik gemäß hat der plastifizierte Schweißzusatzstoff, welcher als Verbindungselement die V-förmige Schweißfuge 11 mit einem Öffnungswinkel von 60° aus­ füllt, ein hochmolekulares Polyethylen zu sein, um eine homogene mole­ kulare, mechanisch feste sowie thermisch hinreichend belastbare Brücke zwischen den beiden Mantelseiten 2 herzustellen. Bisher durchgeführ­ ten Untersuchungen entsprechend, läßt sich ultrahochmolekulares Poly­ ethylen bis zu einer Plattendicke von 6 mm Warmgaszieh-, und bis 15 mm Extrusionsschweißen. Ist die Plattendicke größer als 15 mm, so hat der geometrische Querschnitt der Schweißfuge die Form eines X zu haben. Die Schweißung erfolgt in zwei Lagen, je eine an der Innen-, und eine an der Außenwandung des Trommelmantels. Bestehen die beiden, zusammen zu schweißenden einstückigen Mantelseiten 2 aus einem thermostabilisierten Polypropylen oder aus einem hoch- bzw. ultra­ hochmolekularen Polyethylen, dann hat die plastifizierte Masse des Schweißzusatzwerkstoffes für das Ausfüllen der Fuge zwischen diesen aus einem Polypropylen bzw. aus einem hochmolekularen Polyethylen zu sein.

In Betracht gezogene Druckschriften

• 1) Deutsches Patent DE 36 30 294 C2
• 2) Deutsche Patentanmeldung DE 39 40 920 A1

Claims (15)

1. Drehbare Tauchtrommel aus einem synthetischen, elektrisch nicht leiten­ den Werkstoff zur chargenweise chemischen oder elektrolytischen Ober­ flächenbehandlung schüttfähiger Massenteile in wäßrigen Lösungen, be­ stehend aus zwei parallel zueinander stehenden, im allgemeinen kreis­ runden Stirnwänden und aus einem, zwischen den beiden Stirnwänden, an diesen starr befestigten prismatischen Trommelmantel polygonalen Quer­ schnitts, welcher sich seinerseits aus einer Anzahl von, meistens untereinander gleichen, jeweils in Achsrichtung des Trommelzylinders gerichteten rechteckigen, paarweise an ihren geraden Längskanten durch Schweißung zusammen gefügten ebenen, perforierten plattenförmigen Man­ telseiten zusammensetzt, wobei der prismatische Trommelzylinder über eine achsparallele, mit einem abnehmbaren Deckel verschließbare Be-und Entladeöffnung für die zu behandelnden Chargen aus Massenteilen ver­ fügt, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Mantelseiten (2) aus einer, im wesentlichen geraden ebenen, rechteckigen perforierten Platte (4), und aus einer oder mehreren, im allgemeinen parallel zur Rotationsachse des Trommelzylinders verlaufenden, innerhalb des besag­ ten Plattenrechtecks (4) angeordneten stabförmigen Versteifungsrippen (5) vorzugsweise rechteckigen Querschnitts besteben, wobei Platte (4) und Rippen (5) gemeinsam ein einstückiges, daher fugenloses, werkstoffmäßig einheitlich homogenes Konstruktionselement (2) für den Mantel des poly­ gonalen Trommelzylinders bilden.

2. Vorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die longi­ tudonalen Versteifungsrippen (5) an einer oder an beiden Seiten des ebenen, perforierten Plattenrechtecks (4) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsrippen (5) entlang der Längskanten des ebenen, perfo­ rierten Plattenrechtecks (4), an diesen angrenzend angeordnet sind.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückigen Mantelseiten (2) des Trommelzylinders in einem mecha­ nisch spanabhebenden Fertigungsverfahren aus einer vornehmlich läng­ lichen sowie prismatischen dickwandigen Tafel synthetischen Werkstoffs gefertigt sind.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die einstückigen Mantelseiten (2) des Trommelzylinders aus,im Preß­ sinter-Verfahren hergestellten dickwandigen Tafeln aus einem Polyolefin (aus Polypropylen oder Polyethylen) gefertigt sind.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückigen Mantelseiten (2) des Trommelzylinders aus dickwandi­ gen gepreßten Tafeln aus einem Polyolefin (aus Polypropylen oder Poly­ ethylen) gefertigt sind.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen einstückigen Mantelseiten (2) des polygonalen Trommelzylinders nach dem Preßsinter-Verfahren in einem entsprechenden Formwerkzeug hergestellt sind.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückigen Mantelseiten (2) des Trommelzylinders aus einem thermostabilisierten Polypropylen gefertigt sind.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückigen Mantelseiten (2) des Trommelzylinders aus einem hochmolekularen Polyethylen mit einer Molmasse von 300.000 bis 800.000 g.mol^-1 gefertigt sind.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückigen Mantelseiten (2) des Trommelzylinders aus einem ultrahochmolekularem Polyethylen mit einer Molmasse von 1.000.000 bis 8.000.000 g.mol^-1 gefertigt sind.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei, aneinander anliegende und rechteckige plattenförmige Mantel­ seiten (2) des Trommelzylinders entlang ihrer, sich direkt berühren­ den Längskanten nach einem vorgegebenen Winkel (von beispielsweise 120°) im Heißluft-Schweißverfahren oder im Heizelement-Schweißver­ fahren zusammen gefügt sind.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei, direkt aneinander anliegende und rechteckige plattenförmige Mantelseiten (2) des Trommelzylinders entlang ihrer, sich direkt berührenden Längskanten nach einem vorgegebenen Winkel mittels eines Extrusions-Schweißverfahren zusammen gefügt sind.

13. Vorrichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Trommeldeckel (7) über eine geradlinige, ebene und großflächige Umwälzleiste (12) verfügt die, vorzugsweise mittig am Deckel (7) ange­ ordnet, nach dem Innenraum des Trommelzylinders hin gerichtet ist.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnete daß die einstückigen Mantelseiten (2) mittels rechner-gesteuerter Werkzeug­ maschinen (beispielsweise nach dem CNC-System) fertigungsgerecht her­ gestellt sind.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßtoleranzen der fertigungsgerecht hergestellten einstückigen Mantelseiten (2) dem Normblatt DIN 7168, Genauigkeitsgrad m (mittel) entsprechen.