DE3316672A1

DE3316672A1 - Naehmaschinenrahmen und verfahren zum formen einer faserverstaerkten struktur

Info

Publication number: DE3316672A1
Application number: DE19833316672
Authority: DE
Inventors: Leo E. 07016 Cranford N.J. McGann; Robert 08807 Bridgewater N.J. Sedlatschek
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1982-06-04
Filing date: 1983-05-06
Publication date: 1983-12-08
Also published as: BR8302997A; JPS592826A; US4493808A; IT8321392A0; JPH0326643B2; IT1168944B

Description

NJi\ini.ιtjcIu nonrahmen und Verfahren zum Formen einer faserverstärkten Struktur.

Diese Erfindung betrifft den technischen Bereich des Druckgusses mit verstärktem, warm aushärtendem Kunststoff bzw. Duroplast, und insbesondere neuartige und wirksame Techniken für den Druckguß mit diesem Material von Gegenständen, die offene Kanalabschnitte aufweisen, so daß sie eine überlegene Formhaltigkeit aufweisen und sich nicht verwerfen. Die Erfindung betrifft ebenso derartig hergestellte Gegenstände.

Moderne Entwicklungen beim Ansatz verstärkter, warmaushärtender Kunststoffe haben der endgültigen Form solcher Materialien Qualitäten der Dichte, Härte, Stoßbeständigkeit und dergleichen mitgeteilt, welche so verbessert sind, daß nunmehr eine starke Veranlassung vorliegt, solche Materialien bei vielen Gegenständen, die bisher aus Metall-Legierungen hergestellt wurden,

als Ersatz heranzuziehen.

Als Ergebnis eines solchen Ersatzes können beträchtliche Vorzüge erreicht werden. Beispielsweise werden bei der Herstellung von Nähmaschinenrahmen, die früher aus Gußeisen oder in modernerer Zeit durch den Kokillenguß von Aluminium- oder Magnesiumlegierung hergestellt wurden, beträchtliche Kosteneinsparungen durch die Verarbeitung moderner, verstärkter Duroplaste ermöglicht«

Während vor dieser Erfindung lange und fortgesetzte Versuche einen deutlichen Hinweis lieferten, was bestimmte Gesichtspunkte angeht, die erforderlich sind, um die kostenwirksame Nutzung dieser neuen Materialien

zu erreichen, ist doch ein Problem aufgetaucht, welches 35

es verhindert hat, daß ein kommerziell akzeptabler Nähmaschinenrahmen erreicht wurde. Dieses Problem umfaßte das Verwerfen eines nach oben offenen Kanalabschnitts, und zwar des freien Armabschnitts des Näh-

maschinenbettes.

Die Heranziehung von Fachleuten auf dem Gebiet der Formung bzw. des Gusses und der Verarbeitung von Kunststoffen führte zur Feststellung zahlreicher Faktoren, von welchen jeder einen kleinen Einfluß auf das Auftreten einer solchen Verwerfung ausübte. Unter den von diesen Fachleuten bezeichneten Faktoren waren Schwankungen in der Temperatur und Aushärtezeit,

•10 Temperaturgradienten in der Form, Schwankungen in der Materialzusammensetzung, die Dimensionierung von Teilen, Wandstärken und die verbesserte Anordnung von Verstärkungsrippen im geformten bzw. gegossenen Gegen-. stand, Anbringungsort und Anordnung von Ausstoßvorrichtungen in der Form sowie der Einschluß von Verstärkungselementen im gegossenen Gegenstand oder an diesem, welche nicht aus Kunststoff bestehen. Alle diese Faktoren konnten allerdings, zusammengefaßt, keine kosteneffektive, akzeptable Lösung des Problems ^w der Verwerfung des Maschinenbettes bei einem Nähmaschinenrahmen liefern.

Es ist ein Ziel der Erfindung, neuartige und wirksame Techniken zur Formung von Gegenständen wie etwa Nähmaschinenrahmen vorzusehen, die Kanalabschnitte aufweisen, die an einer Seite offen sind, wie das rohrförmige Bett eines Nähmaschinenrahmens, und zwar durch Druckguß mit wärmaushärtenden, faserverstärkten Kunststoffen und derart, daß die Verwerfung bzw. der Verzug

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im resultierenden, geformten Geaenstand im wesentlichen ausgeräumt ist.

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, eine neuartige Eingußanordnung zum Einspritzen von verstärkten Duro-35

plasten in eine Form derart vorzusehen, daß der zu beanstandende Verzug des resultierenden, gegossenen Gegenstandes und insbesondere jener Abschnitte hiervon, die mit offenen Kanalabschnitten ausac;bildet sind, aus-

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geräumt ist.

Ein anderes Ziel dieser Erfindung ist es, neuartige Eingußanordnungen zum Einspritzen eines warmaushärtenden Kunststoffmaterials vorzusehen, das mit Fasern aus Glas, Kohlenstoff od.dgl. verstärkt ist, und zwar in Formen und derart vorteilhaft, daß man die Orientierung der verstärkenden Glasfasern insbesondere an kritischen Übergangsstellen innerhalb des resultierenden,-gegossenen Gegenstandes derart beeinflußt, daß man den Verzug hierin auf ein Mindestmaß reduziert.

Es ist auch ein Ziel dieser Erfindung, in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Techniken gegossene Gegenstände vorzusehen, welche eine überlegene Abmessungsbeständigkeit aufweisen und in vorteilhafter Weise frei sind von Verzug.

Diese Erfindung bereichert das Gebiet des Spritzgusses ^O von warmaushärtendem, faserverstärktem Kunststoff durch Techniken zum Einspritzen eines solchen Materials und durch Eingußanordnungen, um ein solches Material in eine Form einzuleiten, wobei diese Techniken im Gegensatz zu herkömmlichen Praktiken auf diesem Gebiet stehen, sowie im Gegensatz zu befürworteten Betrachtungen der Kosteneffektivität hierbei stehen, aber für jenes Maß der Abmessungsbeständigkeit bei Gußstücken und ein solches Maß an Verzugsfreiheit sorgen, daß mit üblicher Beachtung anderer, bekannter Faktoren,

die die Formhaltigkeit beeinflussen, gegossene Gegenstände beständig und vorhersehbar innerhalb erträglicher, niedriger Grenzen des Verzuges hergestellt werden können.

Diese Erfindung wird aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung verständlich, wenn diese im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung herangezogen wird, welche ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung

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darstellt und in welcher:

Fig. 1 eine Perspektivansicht der Unterseite eines

Nähmaschinenrahmen-Bettabschnitts ist, wo-. bei die Formstruktur im Spritzstutzenlauf

und den Einlaufzonen vorhanden ist, d.h. in dem Zustand, der dann vorliegt, wenn der geformte Gegenstand aus dem Formhohlraum entfernt wurde,

Fig. 2 die Ansicht eines Querschnitts eines Formhohlraumes ist, der jene Ausbildungen aufweist, die erforderlich sind, um die Form eines Gegenstandes vorzusehen, vorgenommen längs Linie 2 - 2 in Fig. 1, und

Fig. 3 eine Perspektiv-Oberansicht des Abschnitts eines Nähmaschinenbettes der Fig. 1 ist, nach Entfernen der Formmasse im Einlauf und nach Entfernen des Einspritzstutzens hiervon.

Es wird nun auf Fig. 1 und 3 der Zeichnung Bezug genommen; dort ist ein Nähmaschinenbett dargestellt, das allgemein mit 11 bezeichnet ist und welches in Übereinstimmung mit dieser Erfindung gegossen wurde, und

zwar von unten bzw. von oben her gesehen. Das Bett 11 umfaßt einen Grundabschnitt 12, von welchem ausgehend sich freitragend ein Kanalabschnitt 13 erstreckt. Der Grundabschnitt 12 ist mit einer ebenen oberen Oberfläche 14 ausgebildet, von welcher aus ein Vorsprung

vorspringt, um den Rahmenabschnitt (nicht gezeigt) für einen Nähmaschinenarm aufzunehmen und auszurichten, während von der ebenen Fläche nach unten Seitenwände 16 und Endwände 17 herabhängen.

Der Kanalabschnitt 13 ist mit einer ebenen oberen Oberfläche 18 ausgebildet, welche in dor gleichen Ebene liegt wie die obere Oberfläche 14 des Grundabschnitts 12, und von welcher Seitenwände 19 und eine Endwand 20

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herabhängen. Die Seiten- und Endwände 19 und 20 des

Kanalabschnitts 13 haben eine geringere vertikale Erstreckung als die Seiten- und Endwände 16 und 17 des Grundabschnitts, so daß, während der Grundabschnitt eine Abstützung für die Nähmaschine liefert, der Kanalabschnitt sich freitragend hiervon ausgehend erstreckt und ein rohrförmiges Bett oder dergleichen herstellt, der ein freitragender Auflagearm für Arbeitsmaterial genannt ist.
10

Bevorzugt ist die obere Oberfläche 18 des Kanalabschnitts 13 mit einer Aussparung 21 ausgebildet, die dazu eingerichtet ist, um von einer Stichplatte und/ oder einer verschieblichen Abdeckplatte (nicht ge-

¹^ zeigt) verschlossen zu werden, und welche derat angeordnet ist, daß sie einen Schlaufenbildner und die Transporteinrichtungen für das Arbeitsmaterial (nicht gezeigt) aufnehmen, welche alle herkömmlich ausgebildet sind.

Wie von der Unterseite her zu sehen ist, die in Fig. 1 gezeigt ist, sind sowohl Grund- als auch Kanalabschnitt 12 und 13 zur Unterseite hin offen und sind mit einer Vielzahl von Verstrebungen und Vorsprüngen ausgebildet, die sich nach unten von den oberen Oberflächen 14 und aus sowie zwischen den Seiten- und Endwänden 16, 17 und 19, 20 erstrecken. Innerhalb der baulichen Anordnung im Bett 11 sind Lagerblöcke 22 und 23, um Betriebswellen (nicht gezeigt) zu traaen, Lagerblöcke 24 für 30

Befestigungen, die Mechanismen, Abdeckplatten, elektrischen Komponenten od.dgl. zugeordnet sind, und Verstrebungen 25, uin für eine verstärkte Struktur zu sorgen.

Fig. 2 stellt die Ausbildung eines Form-

hohlrauras im Querschnitt dar, der im wesentlichen längs Linie 2 - 2 in Fig. 1 vorgenommen wurde, wobei der Formhohlraum zum Druckguß des Nähmaschinenbetts der

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Fig. 1 und 2 geeignet ist. Der obere Abschnitt der Form ist mit 30 bezeichnet, und der untere Abschnitt mit 31, während 32 die Teilungslinie zwischen den Formabschnitten 30 und 31 bezeichnet. In Fig. 2 sind jene Teile der Formhöhlung erkennbar, die zur Bildung der Seitenwände 16 und der oberen Oberfläche 14 des Grundabschnitts 12 dienen, sowie jene zur Bildung mehrerer Verstrebungen 25. Fig. 2 stellt auch einen Spritzstutzen 33 dar, an welchen eine Düse (nicht gezeigt) einer herkömmlichen Spritzgußanlage zum Einleiten von Material in die Form paßt. Ein fächerförmiger Kanal oder Lauf 34 mündet in die Spritzbüchse, erstreckt sich in Verbindung hiermit längs der Teilungslinie 32 und vorzugsweise im oberen Abschnitt der Form und führt zur Unterkante des Formhohlraums und steht mit dieser in Verbindung, welche die Seitenwand 16 des Grundabschnitts 12 bildet.

Jener Hohlraum, den die Verbindung des Kanals oder ^w Laufs 34 mit der Seitenwand 16 des Formhohlraums bildet, wird als Anguß bezeichnet, und die Technik, den Kanal oder Lauf 34 derart anzuordneny daß er den Formhohlraum längs einer Endkante des Formhohlraumes

trifft, wird nachfolgend als Kantenanguß bezeichnet. 25

Die hier offenbarte Form ist zur Verwendung mit einer warmaushärtenden Kunststoffmasse bestimmt, die mit Fasern aus Glas, Kohlenstoff od.dgl. verstärkt ist.

Wo Glasfasern für eine solche Verstärkung verwendet

werden, wird die Masse herkömmlich als GFK bezeichnet,

was glasfaserverstärkter Kunststoff bedeutet. Solche Verbindungen umfassen, wenn sie erst einmal hergestellt sind, Chemikalien, die eine begrenzte Lebensdauer aufweisen, und zwar in plastischer, flüssiger 35

oder körniger Form, und welche sich nachfolgend irreversibel verfestigen, d.h. sie können zur erneuten Formung nicht mehr in plastische oder flüssige Form rückverwandelt werden. Diese Verbindungen können aus

einer weiten Vielfalt von Füllstoffen und/oder Verstärkungsmaterialien, auch mit anderen als Glas-Stapelfasern, vermischt werden, welche eine Auswirkung auf die Qualitäten der resultierenden, verfestigten Form der Masse ausüben.

Ein typischer Ansatz eines GFK-Materials, das zum Spritzguß in Übereinstimmung mit dieser Erfindung geeignet ist, umfaßt die folgenden Zutaten, die in Gewichtsprozenten aufgetragen sind.

Zutat %

Warmaushärtendes Polyesterharz 21,00

Monomer (Styrol, Acrylstyrol usw.) 9,00

Eindicker (MgO, Urethan usw.) 0,40

Trenn- bzw. Gleitmittel (Ca oder Zn-Stearat) 1_f20

Pigment (Eisenoxid) 2_T00

Füllmittel (Al₂O₃SH₂O, CaCO₃, Kaolin, Ton usw.) 48,10

Katalysator (tert. Butyl-Peroktoat) 0.30

Geschnittene Glasfaserstapel (6,35 mm-Fasern) 18_;00

Weil das GFK-Material, welches sich im Spritzstutzen und im Kanal 34 verfestigt (bezeichnet durch die Bezugszeichen 33' bzw. 34') und vom geformten Gegenstand nach der Entfernung aus dem Formhohlraum abgetrennt werden muß, nicht wieder verflüssigt und somit auch nicht wieder verwendet werden kann, ist der Kantenanguß, der an sich beim Metall-Kokillenguß eine gebräuchliche Technik darstellt, wo die abgetrennten Ab-30

schnitte wieder verwendet werden können, auf dem technischen Gebiet des Duroplast-Spritzgusses keine bevorzugte oder auch nur allgemein angenommene Technik.

Es hat sich bei der vorliegenden Erfindung allerdings herausgestellt, daß der Kantenanguß nicht nur den Verzug des Kanalabschnitts 13 verringert hat, verglichen mit Anordnungen mit zentralem Anguß, die für die Duroplast-Guß techniken typischer sind, sondern es hat sich heraus-

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11

gestellt, daß der resultierende, gegossene Gegenstand, wenn er durch Kantenanguß hergestellt wurde, merklich weniger empfindlich gegenüber Abmessungs-Unbeständigkeit infolge der Veränderung bekannter Faktoren war, die ihrerseits das Verwerfen beeinflussen.

Die Röntgenuntersuchung von Nähmaschinenbetten, die unter Verwendung der Kantenangußtechnik dieser Erfindung gegossen wurden, hat eine Faserorientierung gezeigt, und zwar in hohem Umfang parallel zur Länge des Kanalabschnitts 13 an der Verbindung zwischen Haupt- und Kanalabschnitt 12 und 13. Diese Faserorientierung, die durch die gestrichelten Wellenlinien 40 in Fig. 1 und 3 bezeichnet sind, wird als Ursache für die erhöhte - Formbeständigkeit und die Freiheit vom zu beanstandenden Verzug eines gegossenen Gegenstandes mit einem Kanalabschnitt angesehen, welcher unter Anwendung der vorliegenden Erfindung erhalten wurde.

Leerseite

Claims

GRÜNECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & PARTNER PATENTANWÄLTE A GRUNSCKEH. an. wo DR H KINKELOEV. »«. .no OR W. STOCKMAIR. tm. IMk DR K. SCHÜMANN, an. «ws P H JAKOH. WL »■« O» G BEZOLD. im«» W MEISTER. o»v »Λ H HILGERS."«. "i D*? H. MEYER-PLATH. cwi m THE SINGER COMPANY ΒΟΛΟ MÜNCHEN 22 Stamford Forum ««.»«uanstrasse« Stamford, Connecticut 06904 ρ 17 973 USA ' Nähmaschinenrahmen und Verfahren zum Formen einer faserverstärkten Struktur. Patentansprüche

1. Verfahren zum Formen bzw. Guß eines Gegenstandes mit

_._ einer faserverstärkten Masse, die einen Hauptabschnitt 25

und, sich von diesem aus erstreckend, einen Kanalabschnitt mit einer offenen Seite aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a). Bereitstellen einer" Form, die mit einem Hohlraum aus-OQ gebildet ist, der die Form der zusammengefügten Haupt- und Kanalabschnitte aufweist,

b) Einspritzen der faserverstärkten, warmaushärtenden Masse in die Form, während sie sich noch in flüssigem Zustand befindet,

ag c) Anordnen der Orientierunq der Fasern, die die Vorstärkung der verfestigten Masse bilden, in weitgehend paralleler Richtung zur Länge des Kanalabschnitts an der Verbindungsstelle des Haupt- und Kanalabschnitts

des Gegenstandes durch die Vorgehensweise ,daß man die Strömung der glasfaserverstärkten, warmaushärtenden Masse derart steuert, daß diese allgemein, quer zum Kanalabschnitt des Formhohlraums an der Verbindung des Haupt- und Kanalabschnitts hiervon stattfindet, und

d) Bewirken der Verfestigung und Aushärten der gespritzten, faserverstärkten Masse innerhalb der Form.

2. Verfahren zum Formen bzw. Guß eines Gegenstandes aus einer faserverstärkten, warmaushärtenden Masse, mit einem Hauptabschnitt und einem sich von diesem aus erstreckenden Kanalabschnitt, der eine offene Seite aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden

Schritte:

a) Bereitstellen einer Form, die mit einem Hohlraum ausgebildet ist, der die Form des zusammengefügten Haupt- und Kanalabschnitts aufweist,

b) Einspritzen der faserverstärkten, warmaushärtenden . 90

Masse in die Form, während sie sich noch in flüssigem Zustand befindet,

c) Ausrichten der Orientierung der Fasern, welche die Verstärkung der verfestigten Masse bilden, in hohem Umfang parallel zur Länge des Kanalabschnitts an der

Verbindungsstelle von Haupt- und Kanalabschnitt des Gegenstandes durch die Vorgehensweise, daß man den Einguß zum Einleiten der faserverstärkten, warmaushärtenden Verbindung in den Formhohlraum an einer

Stelle im wesentlichen seitlich geaenüber der Ver-30

bindung vom Haupt- und Kanalabschnitt im Formhohlraum anordnet, und

d) Bewirken der Verfestigung der eingespritzen, faserverstärkten Masse innerhalb der Form.

3. Verfahren zum Formen bzw. Guß eines Gegenstandes aus einer faserverstärkten, warmaushärtenden Masse, mit einem Hauptabschnitt und einem sich von diesem aus erstreckenden Kanalabschnitt, der eine offene Seite auf-

weist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen einer Form, die mit einem Hohlraum ausgebildet ist, der die Form des zusammengefügten Haupt und Kanalabschnitts aufweist,

b) Herstellen eines Eingusses zum Einleiten der Masse in den Formhohlraum,

c) Einspritzen der faserverstärkten, warmaushärtenden Masse in die Form durch den Einguß, der sich in den

¹^ Formhohlraum hinein öffnet, und

d) Anordnen der Eingußöffnung an einer Stelle im wesentlichen seitlich gegenüber der Verbindung von Haupt- und Kanalabschnitt des Formhohlraums.

¹^

4. Gußstück aus einer faserverstärkten, warmaushärtenden Masse, mit einem Hauptabschnitt, und, sich von diesem aus erstreckend, einem Kanalabschnitt, der eine offene Seite aufweist, dadurch gekennze ichn e t, daß die Ausrichtung der Verstärkungsfasern (40) in der Nähe der Verbindung von Haupt- und Kanalabschnitt (12, 13) des Gußstücks (11) weitgehend parallel zur Länge des Kanalabschnitts (13) angeordnet ist.

5. Gußstück nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η ζ e ic h η e t, daß die faserverstärkte, warmaushärtende Masse Glasfaserstapel (40) umfaßt.

6, Gußstück nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die faserverstärkte, warmaus-

härtende Masse ungefähr 18% an Glasfaserstapeln (40) umfaßt, die auf eine Länge von etwa 6,35 mm zugeschnitten sind.