DE69121918T2 - Vakuumformverfahren für grossteile aus kunstharz - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vakuumformen großer Gegenstände aus Kunstharz in einem auseinandernehmbaren Formwerkzeug mit darin vorgesehenen Verstärkungsmaterialien, wobei dem Hohlraum des Formwerkzeugs von unten und oben ein Monomer mit einem Härtemittel und gegebenenfalls einem Beschleuniger zugeführt wird, um den unter Vakuum gehaltenen Hohlraum zu füllen.
• Beim Vakuumformen von Gegenständen aus Kunstharz wird ein auseinandernehmbares Formwerkzeug mit darin vorgesehenen Verstärkungsmaterialien verwendet. Das Vakuumformen wird auf solche Weise durchgeführt, daß ein Vakuum durch einen oder mehrere Sauganschlüsse, die im oberen Abschnitt des Formwerkzeugs angeordnet sind, im Hohlraum erzeugt wird, und Fertigkunstharz in Form eines Monomers und Härtemittels dem unteren Abschnitt des Formwerkzeugs zugeführt wird, wobei das Kunstharz aufgrund des Vakuums in dem Formwerkzeug steigt.
• Da das zuerst zugeführte Kunstharz den ganzen Weg bis zum obersten Teil des Formwerkzeugs steigen soll, was, wenn große Gegenstände gefertigt werden sollen, lange dauert, hat das Kunstharz Zeit zähflüssig zu werden und es können sich Klumpen und Verstopfungen aus Kunstharz in dem Hohlraum bilden, so daß ein beständiges Steigen des Kunstharzes in dem Hohlraum verhindert wird. Es ist daher schwierig große, insbesondere schalenförmige Gegenstände, d.h. mit geringer Dicke im Verhältnis zur Oberfläche, z.B. Kuppeln, Bootskörper, Kfz-Karosserien, etc. durch Vakuumformen herzustellen.
• Bei den bekannten Verfahren zum Vakuumformen werden die obengenannten Probleme durch Verwendung geringer Mengen an Härtemittel in dem Monomer und anschließendes Erwärmen des Formwerkzeugs, nachdem das Formwerkzeug mit Kunstharz gefüllt wurde, um das Kunstharz zu härten, vermieden. Dieses Verfahren ist jedoch umständlich und schwierig in der Durchführung, wenn große Gegenstände aus Kunstharz vakuumgeformt werden sollen.
• Einer der großen Vorteile des Vakuumformens liegt darin, daß es unschädlich für die Umwelt ist, da keine Emission von Monomer an die Atmosphäre stattfindet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Formen in einem einzigen Arbeitsschritt durchgeführt wird, wodurch der hergestellte Gegenstand aufgrund des angewandten Vakuums völlig homogen und lunkerfrei wird.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Vakuumformen bereitzustellen, das die Herstellung von großen Gegenständen aus Kunstharz ohne die obengenannten Nachteile ermöglicht. Dies wird erfindungsgemäß hauptsächlich dadurch erreicht, daß das Kunstharz zumindest an einer Stelle dem Hohlraum zugeführt wird, die sich anfangs im unteren Abschnitt des Hohlraums befindet und dann nach und nach aufwärts bewegt wird, und zwar mit einer solchen Geschwindigkeit, daß sich die Stelle immer direkt unterhalb der Oberfläche des Kunstharzes befindet, während dieses zugeführt wird und innerhalb des Formwerkzeuges steigt.
• Bei einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird das Kunstharz durch zumindest einen Schlauch zugeführt, der dichtend durch eine Wand im oberen Abschnitt des Formwerkzeugs so tief in den Hohlraum eingeführt wird, daß sich sein freies Ende im unteren Abschnitt des Hohlraums befindet, wobei der Schlauch oder die Schläuche progressiv mit einer solchen Geschwindigkeit hochgezogen werden, daß sich das freie Ende oder die freien Enden des Schlauchs oder der Schläuche immer direkt unterhalb der Oberfläche des Kunstharzes befinden, während dieses zugeführt wird und in dem Formwerkzeug steigt.
• Durch das erfindungsgemäße Verfahren können beispielsweise Kuppeln, Bootskörper, Flaggenstangen, spezielle Arten von Rohren mit einer glatten Oberfläche, etc. hergestellt werden.
• Ein nicht-begrenzendes Beispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben, wobei ein Schnitt eines Formwerkzeugs zur Durchführung des Verfahrens zum erfindungsgemäßen Vakuumformen zur Herstellung einer halbrunden Kuppel gezeigt ist, wobei die linke Seite der Zeichnung die Stellung des Schlauchs in einer Anfangsphase und die rechte Seite den teilweise hochgezogenen Schlauch und das teilweise mit Kunstharz gefüllte Formwerkzeug zeigt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf verschiedene Typen bekannter Vorrichtungen zum Vakuumformen anwendbar und wird nachfolgend in Verbindung mit einem Formwerkzeug 1, das als Beispiel gewählt wurde, und dessen unterer Abschnitt auseinandernehmbar ist und aus zwei komplementären Formwerkzeugteilen 1a, 1b besteht, beschrieben. Zumindest ein Kunstharzzufuhrschlauch 2 ist bevorzugt dichtend durch die Wand des oberen Formwerkzeugteils 1a in dessen obersten Abschnitt durch irgendeine Art von Dichtung 3 eingeführt. Zumindest ein Sauganschluß 4 zum Anwenden des Vakuums ist im oberen Abschnitt des Formwerkzeugs 1, wie in der Zeichnung gezeigt, vorgesehen, und zwar geeigneterweise in der Wand des oberen Formwerkzeugteils 1a zum Anwenden des Vakuums auf das Innere des Formwerkzeugs 1. Der Sauganschluß 4 ist mit einem Ende eines Saugrohrs 6 verbunden, dessen anderes Ende mit einer Vakuumvorrichtung (nicht gezeigt) verbunden ist, wie etwa einer Vakuumpumpe, die dafür ausgelegt ist, das Vakuum in dem Formwerkzeug bereitzustellen. Im Fall einer Vakuumpumpe ist ihr Auslaß mit geeigneten Filtern und Trenneinrichtungen für das Monomer (nicht gezeigt) verbunden, so daß keine Emission an die Atmosphäre stattfindet.
• Auf die nachfolgend beschriebene Weise wird ein Gegenstand aus Kunstharz in einem Formwerkzeug dieser Art durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt. Während die Formwerkzeugteile 1a, 1b voneinander getrennt sind, werden die dem Hohlraum zugewandten die Oberflächen des Formwerkzeugs mit einem Trennmittel und, sofern erwünscht, anschließend mit einer Oberflächenschicht überzogen, z.B. einer Gelbeschichtung, was davon abhängt, welche Oberflächenbeschaffenheit der herzustellende Gegenstand aufweisen soll. Dann wird die gewünschte Menge und Art des Verstärkungsmaterials 5 in dem Formwerkzeug in Form von einer oder mehreren selbsttragenden oder aufgesprühten Faserschichten oder ähnlichem auf einem oder beiden Formwerkzeugteilen plaziert. Das Verstärkungsmaterial 5 kann beispielsweise aus Glasfasern, Kohlenstoffasern, Kevlar (eingetragene Marke), etc. bestehen. Die Menge ist bevorzugt so bemessen, daß der herzustellende Gegenstand aus Kunstharz 20 - 80 Gew.-% Verstärkungsmaterial enthält.
• Wenn die Formwerkzeugteile 1a, 1b zum Schließen des Formwerkzeugs 1 zusammengeführt werden, werden der Schlauch oder die Schläuche 2 durch die Dichtungen 3 eingeführt und mit ihren freien Enden ziemlich nahe am Boden des Hohlraums angeordnet. Die Vakuumvorrichtung wird dann durch das Saugrohr 6 mit dem Sauganschluß 4 verbunden, wodurch ein Unterdruck oder Vakuum in dem Formwerkzeug 1 hergestellt wird. Das Vakuum darf nicht zu groß sein, da das Formwerkzeug 1 sonst eine äußerst feste Struktur haben müßte, um eine Verformung des Formwerkzeugs zu vermeiden. Das Monomer mit einem zugegebenen Härtemittel und gegebenenfalls einem Beschleuniger wird, vorzugsweise durch Pumpen, durch den Schlauch oder die Schläuche 2 dem Hohlraum zugeführt. Alternativ kann das Zuführen des Härtemittels am freien Ende des Schlauchs 2, der dann mit zwei Kanälen 8, 9 und einer Mischdüse 7 an besagtem Ende (links in der Zeichnung gezeigt) versehen ist, durchgeführt werden. Nach einem bestimmten Zeitraum nach Beginn des Zuführens des Kunstharzes, und wenn der untere Abschnitt des Hohlraums soweit gefüllt ist, daß sich das freie Ende des Schlauchs oder der Schläuche 2 direkt unter der Oberfläche des Kunstharzes befindet, werden die Schläuche nach und nach aus dem Formwerkzeug 1 herausgezogen, und zwar mit einer solchen Geschwindigkeit, daß die freien Enden der Schläuche während des gesamten Vakuumformvorgangs direkt unterhalb der Oberfläche des Kunstharzes positioniert bleiben.
• Das auf den Hohlraum angewandte Vakuum ist während des gesamten Vakuumformvorgangs aufrechtzuerhalten.
• Da das Formwerkzeug 1 vom Boden aus nach oben mit Kunstharz gefüllt wird, wie in der Zeichnung gezeigt, während die Schläuche 2 nach und nach herausgezogen werden, spielt es keine Rolle, wenn das Kunstharz am Boden des Formwerkzeugs 1 zu härten beginnt.
• Auch wenn das Kunstharz durch das auf den Hohlraum angewandte Vakuum in das Formwerkzeug 1 gesaugt werden kann, wird es bevorzugt, das Kunstharz durch Pumpen zuzuführen, um die Schläuche 2 nicht zu grob machen zu müssen, damit sie nicht zusammenfallen. Beim Herstellen von schalenförmigen Gegenständen weisen die Schläuche 2 bevorzugt einen abgeflachten Querschnitt mit einer Breite von 60 - 20 %, bevorzugt 40 - 30 %, der Breite des Hohlraums auf.
• Das in den Hohlraum eingeführte Kunstharz kann mit zerteilten Verstärkungsmaterialien derselben Art wie die Verstärkungsmatenahen 5 zum Verstärken der Kanäle, die sich gegebenenfalls in dem Verstärkungsmaterial ausbilden können, wenn die Schläuche aus dem Formwerkzeug herausgezogen werden, gemischt sein. Die Anzahl der benötigten Schläuche hängt von der Viskosität des Monomers, dem Gehalt des Verstärkungsmaterials in dem Hohlraum und den Abmessungen der Schläuche 2, die wiederum von der Breite des Hohlraums abhängig sind, ab.
• Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden homogene, lunkerfreie Gegenstände aus Kunstharz erhalten, und es können sowohl schnell als auch langsam härtende Kunstharze verwendet werden, während die Emission von Monomer an die Atmosphäre minimiert wird.
• Obgleich die Erfindung vorstehend in bezug auf ein Formwerkzeug von halbkreisförmiger Gestalt beschrieben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich, daß ein Formwerkzeug von jeder geeigneten Gestalt verwendet werden kann. Es ist ebenfalls offensichtlich, daß, während hier Schläuche für die Zufuhr des Kunstharzes in das Formwerkzeug verwendet wurden, andere Einrichtungen verwendet werden können, z.B. eine Anzahl schließbarer Einlaßöffnungen, die horizontal entlang dem Formwerkzeug auf verschiedenen Höhen angeordnet sind, wobei die Öffnungen sukzessiv zum Füllen des Formwerkzeugs betätigt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Vakuumformen großer Gegenstände aus Kunstharz in einem auseinandernehmbaren Formwerkzeug mit darin vorgesehenen Verstärkungsmaterialien, wobei dem Hohlraum von unten und oben ein Monomer mit einem Härtemittel und gegebenenfalls einem Beschleuniger zugeführt wird, um den unter Vakuum gehaltenen Hohlraum zu füllen,

dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz zumindest an einer Stelle dem Hohlraum zugeführt wird, die sich anfangs im unteren Abschnitt des Hohlraums befindet und dann nach und nach aufwärts bewegt wird, und zwar mit einer solchen Geschwindigkeit, daß sich die Stelle immer direkt unterhalb der Oberfläche des Kunstharzes befindet, während dieses zugeführt wird und innerhalb des Formwerkzeuges steigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz durch zumindest einen Schlauch zugeführt wird, der dichtend durch eine Wand im oberen Abschnitt des Formwerkzeugs so tief in den Hohlraum eingeführt wird, daß sich sein freies Ende im unteren Abschnitt des Hohlraums befindet, wobei der Schlauch oder die Schläuche progressiv mit einer solchen Geschwindigkeit hochgezogen werden, daß sich das freie Ende oder die freien Enden des Schlauchs oder der Schläuche immer direkt unterhalb der Oberfläche des Kunstharzes befinden, während dieses zugeführt wird und in dem Formwerkzeug steigt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Monomer und das Härtemittel durch Pumpen zugeführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Monomer mit einem zerteilten Verstärkungsmaterial gemischt ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, zum Vakuumformen von großen, schalenähnlichen Gegenständen, d.h. mit geringer Dicke im Verhältnis zum Oberflächenbereich, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch oder die Schläuche einen abgeflachten Querschnitt mit eine Breite von 60 - 20 %, bevorzugt 40 - 30 %, der Breite des Hohlraums aufweisen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch oder die Schläuche zwei Kanäle für das Monomer bzw. das Härtemittel aufweisen, und daß das Monomer und das Härtemittel kontinuierlich am freien Ende des Schlauchs miteinander vermischt werden.