WO1996014194A1 - Vorrichtung zur fluid-leitung zwischen einem durch eine feste oberfläche begrenzten raum und einem kanal, sowie verfahren zur herstellung der vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zur fluid-leitung zwischen einem durch eine feste oberfläche begrenzten raum und einem kanal, sowie verfahren zur herstellung der vorrichtung Download PDF

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Theodor Hirzel
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/3814—Porous moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B7/00—Moulds; Cores; Mandrels
    • B28B7/34—Moulds, cores, or mandrels of special material, e.g. destructible materials
    • B28B7/344—Moulds, cores, or mandrels of special material, e.g. destructible materials from absorbent or liquid- or gas-permeable materials, e.g. plaster moulds in general

Definitions

  • the invention is in the field of the guidance of moving fluids and relates to a device and a method for producing the device according to the preambles of the corresponding independent claims.
  • the device is used to conduct fluids between a space which is at least partially delimited by a solid surface to be passed by the fluid and a channel through which the fluid is supplied or discharged.
  • Fluids are transported in channel systems for various purposes by means of pumps or similar fluid conveying means.
  • a large number of such fluid line systems with fluid conveying means serve to bring a fluid into a room for a specific effect or to discharge it from a room, the fluid between the room and the channel through openings in the surface delimiting the room or be promoted by an open channel end.
  • Examples of such fluid line systems are systems for evacuating rooms, systems for gassing rooms, systems for heating or cooling rooms by transporting fluid heat carriers through the rooms or systems for removing solid bodies or other fluids from rooms by using them the kinetic energy of fluids fed into the rooms.
  • the object of the invention to provide a device which allows the above-mentioned optimum to be shifted to better fluid continuity over the surface through which the fluid flows, without having to put up with an increased outlay on the pressure difference side.
  • a method is to be specified for producing the device according to the invention.
  • the device according to the invention consists of a coarser porous shaped piece, the surface of which, where it is to be flowed through by the fluid, carries a finer porous surface layer and on the other surface areas fluid-impermeable closing means which are interrupted by at least one channel connection opening .
  • At least the coarser porous shaped piece and the finer porous surface layer are designed as a plastic body through which a three-dimensional network of pores runs, which pores refine but continuously lead from the shaped piece into the surface layer and to its outer surface.
  • the fluid-impermeable closing means can be designed as a non-porous closing layer of the same plastic body or it can be a separate part which is connected to the plastic body by suitable means.
  • the coarser porous shaped piece, the finer porous surface layer and, where appropriate, the non-porous final layer advantageously consist of the same hardened plastic, smaller particles being embedded in the plastic in the area of the surface layer, larger particles in the area of the shaped piece and no particles in the area of the final layer.
  • the weight fraction of the particles in the surface layer and in the molding is greater than the weight fraction of the plastic and it is usually smaller in the surface layer than in the molding.
  • the material consists of a hardened plastic, for example an epoxy-based plastic, in which particles with a preferably irregular shape are embedded such that the material has a porosity that is continuous in all directions.
  • the particles are preferably made of aluminum or an aluminum alloy, but can also consist of another metal or a ceramic material.
  • the material can be produced in a two-stage process by first kneading the particles with a part of the not yet hardened plastic or with corresponding components of the plastic, for example with a part of the resin component (without hardener).
  • the result is a pourable or spreadable mixture in which the particles appear in clusters of, for example, five to twenty particles, the cluster size being dependent on the plastic / particle mixing ratio, the particle size, the kneading time and the kneading intensity.
  • the cluster mixture is a storable intermediate product, but in it the porosity of a body to be produced from it is already at least partially predetermined.
  • the cluster mixture is mixed with the rest of the plastic or the rest of plastic components (for example hardener), mixed, filled into a mold, compacted by pressing or vibrating and hardened, the porosity of the solid product in particular which is ultimately determined by the compression.
  • plastic or the rest of plastic components for example hardener
  • the material can also be produced with a single mixing / kneading step, a mixture of particles with the entire amount to be processed or all components of the plastic being produced, shaped, compressed and cured by mixing and kneading.
  • the porosity of the finished material is then determined in particular by the particle size, its proportion by weight in the particle / plastic mixture and by the type and intensity of the mixing and compacting.
  • the characteristic property of this material is its open porosity, which is adjustable through the choice of components and through the manufacturing process.
  • the pores run through the material as fine and very fine channels evenly in all directions and, due to the uneven shape of the particles on the material surfaces, at least partially form towards mouths that narrow outwards.
  • the porosity of the material can be adjusted in particular by the particle size and by the mixing ratio of particles and plastic, but also by the type and duration of the mixing process and the type of compression (vibration, pressing pressure) before and / or during curing of the plastic. It turns out that when using aluminum granulate from sieve fractions in the range from 50 to 200 ⁇ m, that with an epoxy resin and a corresponding hardener in a ratio of approx. 1: 0.1 (weight of granulate: weight of plastic components) to approx. 1: 0.5, in particular in a ratio of approx. 1: 0.15, a material is formed which is well suited for the fine-pored surface layer.
  • this material forms a surface which has a porosity which is suitable for a high surface continuity of the fluid flow through the surface and which, without reworking, meets the highest demands for contact with, for example, a plastic to be processed.
  • the surface can also be reworked.
  • the coarser porous shaped piece contains larger particles, for example sieve fractions from 0.5 to 1.25 mm, and the same plastic as the material of the surface layer, with more granules and less plastic generally being used in relation to the mixture for the surface layer by weight. for example a mixing ratio of granules to plastic between approximately 1: 0.05 to 1: 0.1, in particular approximately 1: 0.07.
  • FIG. 1 shows a section through an exemplary embodiment of the device according to the invention, which can be used as a mold for deep-drawing or as a mold for producing articles made of ceramic material;
  • FIG. 2 shows a section through an exemplary embodiment of the device according to the invention, usable for a process for post-expansion and welding of plastic granules;
  • FIGS. 3 and 4 show two successive phases of the method for producing the embodiment of the device according to the invention according to FIG. 1.
  • FIG. 5 shows a cross section through a further exemplary embodiment of the device according to the invention which can be used as a gassing element
  • FIG. 11 shows a diagram of a cycle process for producing gassing elements according to FIG. 5.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the device according to the invention. It is a form used, for example, for deep drawing is applicable or for the production of objects from a ceramic material.
  • the shape shown consists essentially of a coarser porous shaped piece 3, which has mechanical properties that allow it to take over the mechanical functions of the shape, and which is penetrated uniformly in all directions by a network of relatively coarse pores, such that a fluid medium can be conveyed through this fitting without any significant resistance and for this reason is also regularly distributed in this fitting without further notice.
  • the molded part 3 is adjoined by a finer porous surface layer 4, the pores of which are both open to the molded surface and continuously continue into the pores of the molded part.
  • the finer porous surface layer 4 has a thickness of approximately 5 mm to 10 mm, for example.
  • the application shows that it is not necessary to make the surface layer exactly the same thickness everywhere.
  • the surface areas of the shaped piece which cannot be traversed by the fluid do not need a finer porous surface layer. These surfaces are closed with corresponding, fluid-impermeable closing means 5 and at least one point (channel connection opening 2) the shaped piece is connected through this sealed surface via a channel, not shown, to means for conveying fluid (eg pressure accumulator, pump).
  • the fluid-impermeable closing means 5 consist, for example, of a corresponding, open container, which container a duct connection opening 2 and optionally duct connection means in the form of a pipe socket or the like. Appropriate seals are advantageously to be provided around the cup-shaped cavity 1 of the mold (locations 6).
  • the container (5) consists, for example, of plastic or metal.
  • the closing means 5 can also be designed as a closing layer and consist of the same plastic material as the molded piece 3 and surface layer 4 and can be integrally formed on the molded piece.
  • the plastic material of such an end layer does not contain any particles like the porous areas and is therefore impermeable to fluids.
  • Such a finishing layer can, however, contain glass fibers for mechanical reinforcement, for example.
  • a shape, as shown in FIG. 1, is used, for example, for deep-drawing cup-shaped parts from a plastic film.
  • a plastic film is positioned over the cup-shaped, open cavity 1 of the mold and the air is sucked out of the cavity through the duct connection opening 2 by means of a suction device. Due to the negative pressure created in the cavity 1, the film is drawn against the mold and deformed accordingly, and a counter tool can also be used. Compressed air is supplied through the channel connection opening 2 to expel the finished, deep-drawn cup.
  • a shape, as shown in FIG. 1, can also be used together with a corresponding counter tool to produce ceramic objects, the unfired material being poured between the two tools, the counter tool being removed and the object pre-dried. net and is then ejected from the mold by supplying compressed air.
  • a high surface continuity of the compressed air used is very important, since the ceramic material which has not yet been fired is mechanically very sensitive.
  • a device according to the invention for use, for example, in the deep-drawing of plastic films or for the production of ceramic articles can of course also have a plurality of adjacent hollow spaces 1 for the simultaneous production of several articles, as is known in the form of such shapes.
  • a corresponding counter tool, which then has a convex porous surface layer, can of course also be designed analogously to the device in FIG. 1.
  • FIG. 2 schematically shows a further embodiment of the device according to the invention. It is a simple form for producing a part from plastic granulate by re-expanding and welding the granulate. Such production processes are used in particular in the production of molds for lost foam casting processes and for the production of, for example, packaging aids from poly styrene granules.
  • the structure of the form shown is essentially the same as for the device described in connection with FIG. 1.
  • the same parts or the same areas are designated with the same reference numerals.
  • the shape is in two or more parts and is closed except for a closable opening 7 for the supply of the granules.
  • At least one channel connection opening 2.1 and 2.2 is provided, through which a fluid medium, for example water vapor, is conveyed in an alternating direction as an energy source through the shape and the granulate contained therein.
  • a fluid medium for example water vapor
  • Molds as shown in FIG. 2 can also be used, for example, for low-pressure injection molding, the finished, cooled object being ejected with compressed air which is supplied through the mold. Further applications are also conceivable for processes in which the fluid supplied by the mold has to bring about a chemical change in the cavity content. Thanks to their simple manufacture and their light weight, such shapes also have corresponding advantages for manufacturing processes which work without fluid.
  • FIGS. 3 and 4 now show, likewise in a very schematic manner, a method for producing the embodiment according to FIG. 1 of the device according to the invention. Shapes according to FIG. 2 can also be produced using the same method.
  • a first mixture of uncured plastic and, for example, aluminum granulate is placed between two molded parts 8 and 9 (FIG. 3), which together form a cavity 10, which corresponds to the surface layer 4 to be created.
  • the surfaces of the molded parts which come into contact with the mixture are prepared in such a way that the mixture does not adhere to them.
  • the mixture is vibrated and / or between the molded parts The effect of a pressing pressure is compressed.
  • the molded parts 8 and 9 are then rotated together and the molded part 8 is removed.
  • the surface layer 4 can also be created with only one molded part (8 or 9). A corresponding layer of the first mixture is applied to this molded part and covered with a film. Then the space of the surface layer, i.e. the space between the film and the mold, is evacuated, which also creates a compressive pressure. It has been shown that, for example, a pressure reduced to approximately 0.8 to 0.6 bar leads to good compression results.
  • FIG. 4 shows the second step of the method for producing the device according to the invention: the production of the coarsely porous molded part 3.
  • a second mixture of aluminum granulate and plastic is filled into the molded part 9 and is vibrated with the aid of a further molded part 11 / or compressed pressure, this pressure should not be higher than the pressure used to compress the first mixture.
  • the plastic contained in the two mixtures is then cured with further action of the pressing pressure.
  • plastic epoxy resin and hardener embedded particles: granules of an aluminum-silicon alloy (sieve fraction 100 ⁇ m and 63 ⁇ m, weight ratio: 332: 83) - mixing ratio: particle to plastic 415: 50
  • Mixing process with mixing and kneading effect, 15min.
  • Compression pressing pressure approx. 120kp / cm 2 , 5 to 10sec.
  • Second mixture for the coarser porous shaped piece 3 - Plastic: epoxy resin and hardener embedded particles: aluminum granulate (sieve fraction 0.5 to
  • FIG. 5 shows in cross section, as a further exemplary embodiment of the device according to the invention, a gassing element.
  • This is made in one piece and consists essentially of a plastic material which has been brought into a solid form by a curing process, for example a cured epoxy resin.
  • the plastic body has a flat, coarser porous shaped piece 3, which on one side by a fine porous surface layer 4 and on the other side, and on the narrow sides by a fluid-impermeable sealing means 5 in the form of a sealing layer with a channel connection opening 2, which is provided with channel connection means 12 is covered.
  • the gassing element has no hollow interior. For this reason, a sequence of simple procedures Steps that include casting, pressing and curing are produced.
  • the gassing element produced in this way does not require any post-processing. It can be screwed directly onto a pipe socket with a standardized external thread, for example. Due to the one-piece design of the gassing element, special precautions to prevent undesired gas leakage from the element itself are completely eliminated and are only necessary at the connection point between the gassing element and the channel.
  • the gassing element consists essentially of the same materials as the forms described in connection with FIGS. 1 and 2.
  • the structure of the material used has the effect that the gas emerging through the fine-pored surface of the gassing element is small-bubble and that there is nevertheless no great resistance to the gas passage, that is to say the excess pressure required for the gassing is small.
  • gassing elements according to FIG. 5 can also be easily adapted to predetermined application depths (different liquid pressures) and / or predetermined gas pressures, the size of the bubbles formed and the amount of gas flowing through being able to be kept essentially constant.
  • the surface openings of the channels in such a material are so fine that hardly any contaminants can penetrate, so that the gassing elements do not actually have to be cleaned even when used in settling tanks.
  • the particles embedded in the plastic matrix are surrounded and covered by the plastic, so that it only very limits the corrosive effect of the liquid and / or the gas are exposed.
  • they can also consist of corrosion-resistant materials, for example ceramic materials or correspondingly alloyed metals (for example aluminum-silicon alloys).
  • FIG. 5 Further exemplary embodiments of the device according to the invention as a gassing element can differ from the embodiment shown in FIG. 5 in that they have, for example, more than two different porous layers (shaped piece 3 and surface layer 4), the porosity increasing with distance from the end layer 5 and in particular from the channel connection opening 2 becomes finer.
  • Other embodiments can also be less flat and have an end layer 5, which is limited to the immediate vicinity of the channel connection opening.
  • FIGS. 6 to 10 show different, successive phases of an exemplary method variant for producing the gassing element according to FIG. 5.
  • FIG. 6 shows a molded part 13, the shape of the flat inner bottom surface of which corresponds to the flat shape of the gassing element to be produced.
  • the molded part consists of a material to which the plastic to be used does not adhere or is treated accordingly for such non-adhesion.
  • a mixture F1 is filled to produce the finer porous surface layer 4, which mixture consists of particles and uncured plastic.
  • This mixture F1 is vibrated in the mold and / or pressed with a first punch 14, as shown in FIG. 7. Then, as shown in FIG.
  • plastic material S without particles is placed on the vibrated and / or pressed layer of the first particle / plastic mixture F1 along the wall of the molded part 13. upset. So that this application can be carried out easily, it is advantageous if the uncured plastic material S is pasty or thixotropic.
  • a second particle / plastic mixture F.2 with larger particles for the flat shaped piece is then introduced onto the first mixture F1 for the surface layer 4.
  • the two mixtures F1 and F.2 differ from one another in particular by the smaller particles in the mixture F1 and the larger particles in the mixture F.2.
  • the molded part 13 is closed with a second stamp 15, which has recesses 16 as a negative mold for the channel connection means (FIG. 9). These recesses 16 are filled with plastic material S without particles and the end face 17 of the plunger 15 facing the molded part 13 is covered with a layer of the plastic material S with the exception of the potential channel connection opening.
  • the second punch 15 With the second punch 15, the molded piece 3 and surface layer 4 are pressed together (FIG. 10), the pressing pressure should not be greater than when pressing with the first punch 14. At the same time, heat is supplied if necessary for the hardening of the plastic .
  • the material can also be vibrated in the mold prior to pressing or during pressing.
  • the method described must be used accordingly for the production of gassing elements with a coarser porous shaped piece and several fine porous layers.
  • the second plunger 15 is to be designed accordingly in several pieces.
  • the indentations for the connection means can also be provided in the molded part 13 (instead of in the stamp), and the gassing element is then produced in the reverse order.
  • Further conceivable process variants consist in the fitting and the surface layer being produced in two corresponding fittings, which two fittings then for pressing and curing are brought together.
  • FIG. 11 also shows an exemplary cyclic process with which the gassing element according to FIG. 5 can be produced continuously using a production method according to FIGS. 6 to 10. It is a self-contained conveyor line, on which eight parts 13 are moved clocked through eight positions 71 to 78 in the direction of the arrow.
  • the manufacturing process begins in position 71, in which the first particle / plastic mixture F1 is placed in the molded part 13.
  • position 72 in which the first stamp 14 is movably arranged perpendicular to the conveying direction of the molded parts 13, the first mixture in the molded part is pressed with the stamp 14 and, if necessary, vibrated and the stamp is removed again.
  • position 73 the plastic material S is applied to the walls of the molded part without particles.
  • the second particle / plastic mixture Y2 is introduced into the molded part.
  • position 76 at which the second punch 15 is arranged to be movable perpendicular to the conveying direction of the molded parts 13, it is provided with plastic material S without particles, pressed into the molded part and removed again after the plastic has hardened. Heat may be applied for curing.
  • position 77 the molded part and contents are cooled and the finished gassing element B is ejected from the molded part, and in position 78 the molded part is cleaned and, if necessary, treated with an agent to prevent the plastic from sticking.
  • the gassing elements in the molded part 13 are only cured to a state in which they are sufficiently firm to be ejected from the molded part .
  • a final curing step can then be carried out in batches outside of the continuous cycle.
  • Fumigation element Shape: round, diameter 210mm thickness of the surface layer 4 6mm thickness of the fitting 3 11mm thickness of the finishing layer 0.5mm plastic: epoxy resin
  • first particle / plastic mixture F.l 332g particles (AlSi, sieve fraction approx. 100 ⁇ ), 83g particles (AlSi, sieve fraction 63 ⁇ m), 84g epoxy resin, 12g hardener, mixing time 15 min;
  • second particle / plastic mixture F.2 622g particles (Al, sieve fraction, 0.5 to 1.25mm), 36g epoxy resin, 9g hardener, mixing time 5min;
  • Treatment of the surface layer 4 pre-compact, then press with press pressure approx. 120 kp / cm 2 , press duration 5 to 10 seconds.

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Abstract

Die erfindungsgemässe Vorrichtung dient zur Fluid-Leitung zwischen einem mindestens teilweise durch eine feste, vom Fluid durchströmbare Oberfläche begrenzten Raum und einem Kanal, wobei eine hohe Flächen-Kontinuität des Fluidstromes durch die Oberfläche bei relativ kleinem Differenzdruck erreicht wird. Die Vorrichtung besteht aus einem gröber porösen Formstück (3), das an den zu durchströmenden Oberflächenbereichen eine feine poröse Oberflächenschicht (4) aufweist. Die Poren der Oberflächenschicht (4) sind an der Oberfläche offen und setzen sich kontinuierlich in das Formstück (3) fort. Formstück (3) und Oberflächenschicht (4) stellen zusammen einen einstückigen Teil aus einem ausgehärteten Kunststoff dar, in dem im Bereich des Formstücks (3) grössere, im Bereich der Oberflächenschicht (4) kleinere Partikel, beispielsweise Aluminiumpartikel, eingelagert sind und zwar derart, dass die Partikel einen grösseren Teil des Gewichtes ausmachen als der Kunststoff. Auch eine die restliche Oberfläche des Formstücks (3) abdeckende fluid-undurchlässige Abschlussschicht (5), in der eine Kanalanschlussöffnung (2) angebracht ist, kann Teil desselben Kunststoffkörpers sein, wobei in diesem Teil keine Partikel eingelagert sind.

Description

VORRICHTUNG ZUR FLUI D-LEITUNG ZWISCHEN EINEM DURCH
EINE FESTE OBERFLÄCHE BEGRENZTEN RAUM UND EINEM KANAL,
SOWIE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DER VORRICHTUNG
Die Erfindung liegt auf dem Gebiete der Leitung von bewegten Fluiden und betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung nach den Oberbegriffen der entsprechenden, unabhängigen Patentansprüche. Die Vorrichtung dient der Leitung von Fluiden zwischen einem Raum, der mindestens teilweise von einer festen, vom Fluid zu passierenden Oberfläche begrenzt ist, und einem Kanal, durch den das Fluid zu- oder abgeführt wird.
Fluide werden für verschiedenste Zwecke mittels Pumpen oder ähnlichen Fluid-Fördermitteln in Kanalsystemen transportiert. Eine Vielzahl derartiger Fluid-Leitungssysteme mit Fluid-Fördermitteln dienen dazu, ein Fluid für eine spezifische Wirkung in einen Raum zu bringen, oder aus einem Raum abzu¬ führen, wobei das Fluid zwischen Raum und Kanal durch Öffnungen in der den Raum begrenzenden Oberfläche bzw. durch ein offenes Kanalende ge- fördert werden. Beispiele solcher Fluid-Leitungssysteme sind Systeme zum Evakuieren von Räumen, Systeme zum Begasen von Räumen, Systeme zum Heizen oder Küh¬ len von Räumen durch Transport von fluiden Wärmeträgern durch die Räume oder Systeme zum Entfernen von Festkörpern oder anderen Fluiden aus Räu- men durch Ausnützung der kinetischen Energie von in die Räume zugeführ¬ ten Fluiden. In vielen dieser Anwendungen wäre es aus verschiedensten Grün¬ den wünschenswert, das Fluid sozusagen als Kontinuum durch die den Raum begrenzende Oberfläche transportieren zu können, derart, dass alle Punkte dieser Oberfläche bezüglich Fluid-Durchleitung identisch wären. Dieser Wunsch wird gemäss dem Stande der Technik näherungsweise erfüllt dadurch, dass eine grössere Anzahl von sich in den Raum öffnenden Kanalenden vor¬ gesehen werden, oder dadurch, dass grössere Kanalenden mit einer porösen Wandung abgeschlossen werden, wobei zwischen Kanalende und poröser Wandung ein Verteilerraum vorgesehen wird. Je feiner die Poren derartiger poröser Wandungen sind, desto höher ist das Druckgefälle, das notwendig wird, um das Fluid durch die Wand zu fördern, was wiederum die Anforde¬ rungen an die mechanische Stabilität der Wand erhöht. Aus diesen Gründen ist für jede Anwendung ein Verfahrens-ökonomisches Optimum zu suchen zwischen einer für die Anwendung noch genügenden Flächen-Kontinuität der Fluidförderung über die ganze zu durchströmende Oberfläche und einer noch akzeptablen Grosse der notwendigen Druckdifferenz.
Es ist nun die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, das oben genannte Optimum zu einer besseren Fluidkontinuität über die vom Fluid zu durchströmende Oberfläche zu verschieben, ohne auf der Seite der Druckdifferenz einen erhöhten Aufwand in Kauf nehmen zu müssen. Dies heisst mit anderen Worten: es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vor¬ richtung zur Fluidleitung zwischen einem durch eine Oberfläche begrenzten Raum und einem Kanal zu schaffen, wobei die Kontinuität des Fluidflusses durch die ganze Oberfläche sehr gut ist, der für die Förderung des Fluides notwendige Aufwand aber denjenigen bekannter derartiger Anordnungen nicht übersteigt oder gar tiefer ist. Ferner ist ein Verfahren anzugeben zur Herstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung und das Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung, wie sie in den Patentansprüchen definiert sind.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung besteht aus einem gröber porösen Form¬ stück, dessen Oberfläche, da wo sie vom Fluid durchströmt werden soll, eine feiner poröse Oberflächenschicht trägt und auf den anderen Oberflächenbe¬ reichen Fluid-undurchlässige Abschlussmittel, die durch mindestens eine Ka- nalanschlussöffnung unterbrochen sind. Dabei sind mindestens das gröber poröse Formstück und die feiner poröse Oberflächenschicht als ein Kunst¬ stoffkörper ausgestaltet, durch den sich ein dreidimensionales Netz von Poren zieht, welche Poren sich verfeinernd aber kontinuierlich vom Formstück in die Oberflächenschicht und zu deren äusserer Oberfläche führen. Die Fluid-un- durchlässigen Abschlussmittel können als porenlose Abschlussschicht dessel¬ ben Kunststoffkörpers ausgebildet sein oder es kann sich um einen separaten Teil handeln, der mit geeigneten Mitteln mit dem Kunststoffkörper verbunden ist.
Das gröber poröse Formstück, die feiner poröse Oberflächenschicht und gege¬ benenfalls die porenlose Abschlussschicht bestehen vorteilhafterweise aus demselben ausgehärteten Kunststoff, wobei in den Kunststoff im Bereiche der Oberflächenschicht kleinere Partikel, im Bereiche des Formstücks grössere Partikel und im Bereiche der Abschlussschicht keine Partikel eingelagert sind. Der Gewichtsanteil der Partikel ist dabei in der Oberflächenschicht und im Formstück grösser als der Gewichtsanteil des Kunststoffs und er ist in der Oberflächenschicht meist kleiner als im Formstück.
Zur Herstellung der Vorrichtung werden verschiedene Mischungen von Parti¬ keln und noch nicht ausgehärtetem Kunststoff hergestellt, werden diese Mi¬ schungen in geeigneten Formen aufeinander geschichtet, verdichtet (gegebe¬ nenfalls einzeln) und zusammen ausgehärtet.
Ein für die Herstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung insbesondere geeigneter Werkstoff ist beschrieben in der Publikation EP-486421. Der Werkstoff besteht aus einem ausgehärteten Kunststoff, beispielsweise ein Kunststoff auf Epoxidbasis, in den Partikel mit einer vorzugsweise unregel- mässigen Form eingelagert sind derart, dass der Werkstoff eine in allen Rich¬ tungen durchgehende Porosität aufweist. Die Partikel bestehen vorzugsweise aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, können aber auch aus einem anderen Metall oder aus einem keramischen Material bestehen.
Der Werkstoff kann in einem zweistufigen Verfahren hergestellt werden, indem zuerst die Partikel mit einem Teil des noch nicht ausgehärteten Kunst¬ stoffs bzw. mit entsprechenden Komponenten des Kunststoffs, beispielsweise mit einem Teil der Harzkomponente (ohne Härter) geknetet werden. Es entsteht dadurch ein giess- oder streichbares Gemisch, in dem die Partikel in Clustern zu beispielsweise fünf bis zwanzig Partikeln auftreten, wobei die Clustergrösse vom Mischverhältnis Kunststoff/Partikel, von der Partikelgrösse, von der Knetdauer und der Knetintensität abhängig ist. Die Clustermischung stellt ein aufbewahrbares Zwischenprodukt dar, in dem aber die Porosität eines daraus herzustellenden Köφers bereits mindestens partiell vorbestimmt ist. In einem zweiten Schritt wird die Clustermischung mit dem Rest des Kunststoffes bzw. Rest von Kunststoffkomponenten (z.B. Härter) zusammen¬ gegeben, gemischt, in eine Form gefüllt, durch Pressen oder Vibrieren ver¬ dichtet und ausgehärtet, wobei die Porosität des feπigen Produktes insbeson¬ dere von der Verdichtung endbestimmt wird.
Der Werkstoff kann auch mit einem einzigen Misch-/Knetschritt hergestellt werden, wobei eine Mischung von Partikeln mit der gesamten, zu verarbeiten¬ den Menge bzw. allen Komponenten des Kunststoffes durch Mischen und Kneten hergestellt, geformt, verdichtet und ausgehärtet wird. Die Porosität des fertigen Werkstoffes ist dann insbesondere bestimmt durch die Partikel- grösse, deren Gewichtsanteil in der Partikel/Kunststoffmischung und durch die Art und Intensität des Mischens und Verdi chtens.
Die charakteristische Eigenschaft dieses Werkstoffes (gemäss EP-486421) ist seine durch die Wahl der Komponenten und durch das Herstellungsverfahren einstellbare, offene Porosität. Die Poren durchziehen als feine und feinste Kanäle den Werkstoff in allen Richtungen gleichmässig und bilden durch die ungleichmässige Form der Partikel an den Werkstoffoberflächen mindestens zum Teil sich gegen aussen verengende Mündungen.
Die Porosität des Materials ist einstellbar insbesondere durch die Partikel- grösse und durch das Mischverhältnis von Partikeln und Kunststoff, aber auch durch die Art und die Dauer des Mischvorganges und die Art der Verdich¬ tung (Vibration, Pressdruck) vor und/oder während dem Aushärten des Kunststoffes. Es zeigt sich, dass bei Verwendung von Aluminiumgranulat von Siebfraktio¬ nen im Bereiche von 50 bis 200μm, das mit einem Epoxidharz und einem entsprechenden Härter im Verhältnis von ca. 1 : 0,1 (Gewicht Granulat : Gewicht Kunststoffkomponenten) bis ca. 1 : 0,5, insbesondere im Verhältnis von ca. 1 : 0,15, gemischt wird, ein Material entsteht, das sich für die feinpori¬ ge Oberflächenschicht gut eignet. Insbesondere bildet dieses Material eine Oberfläche, die eine für eine hohe Flächen-Kontinuität der Fluidströmung durch die Oberfläche geeignete Porigkeit aufweist und die ohne Nachbearbei- tung den höchsten Ansprüchen für den Kontakt mit beispielsweise einem zu verarbeitenden Kunststoff genügt. Die Oberfläche kann aber auch nachbear¬ beitet werden.
Das gröber poröse Formstück enthält grössere Partikel, beispielsweise Sieb¬ fraktionen von 0,5 bis 1,25mm, und denselben Kunststoff wie das Material der Oberflächenschicht, wobei im Verhältnis zur Mischung für die Oberflächen- Schicht gewichtsmässig meist mehr Granulat und weniger Kunststoff eingesetzt wird, beispielsweise ein Mischverhältnis von Granulat zu Kunststoff zwischen ca. 1 : 0,05 bis 1 : 0,1, insbesondere von ca. 1 : 0,07.
Die kontinuierliche Fortsetzung der Poren von der feiner porösen Oberflä¬ chenschicht zum göber porösen Formstück wird erreicht, indem die beiden Granulat/Kunststoff-Mischungen im noch nicht ausgehärteten Zustand des Kunststoffes aneinandergebracht und aneinandergepresst werden und indem die beiden Mischungen in diesem Zustand miteinander ausgehärtet werden. Beispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung für verschiedene Anwendungen werden im Zusammenhang mit den folgenden Figuren mehr im Detail be¬ schrieben. Dabei zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch eine beispielhafte Ausführungsform der erfin¬ dungsgemässen Vorrichtung verwendbar als Form zum Tiefziehen oder als Form zur Herstellung von Gegenständen aus keramischem Material;
Figur 2 einen Schnitt durch eine beispielhafte Ausführungsform der erfin¬ dungsgemässen Vorrichtung verwendbar für einen Prozess zur Nachexpansion und Verschweissung von Kunststoffgranulat;
Figuren 3 und 4 zwei aufeinanderfolgende Phasen des Verfahrens zur Her- Stellung der Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung nach Figur 1.
Figur 5 einen Querschnitt durch eine weitere beispielhafte Ausführungs¬ form der erfindungsgemässen Vorrichtung verwendbar als Bega- sungselement;
Figuren 6 bis 10 aufeinanderfolgende Phasen der Herstellung des Begasungs¬ elements gemäss Figur 5;
Figur 11 ein Schema eines Kreisprozesses zur Herstellung von Begasungs¬ elementen gemäss Figur 5.
Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung. Es handelt sich um eine Form, die beispielsweise zum Tiefziehen anwendbar ist oder zur Herstellung von Gegenständen aus einem keramischen Material.
Die dargestellte Form besteht im wesentlichen aus einem gröber porösen Formstück 3, das mechanische Eigenschaften aufweist, die es ihm erlauben, die mechanischen Funktionen der Form zu übernehmen, und das von einem Netz von relativ groben Poren in allen Richtungen gleichmässig durchsetzt ist, derart, dass ein fluides Medium ohne ins Gewicht fallenden Widerstand durch dieses Formstück beförderbar ist und sich aus diesem Grunde auch ohne weiteres regelmässig in diesem Formstück verteilt. An denjenigen Oberflä¬ chenbereichen des Formstücks, die durch das Fluid zu durchströmen sind, schliesst an das Formstück 3 eine feiner poröse Oberflächenschicht 4 an, deren Poren sowohl gegen die Formoberfläche offen sind als auch sich kon- tinuierlich in die Poren des Formstücks fortsetzen.
Die feiner poröse Oberflächenschicht 4 hat beispielsweise eine Dicke von ca. 5mm bis 10mm. In der Anwendung zeigt es sich, dass es nicht notwendig ist, die Oberflächenschicht überall exakt gleich dick zu gestalten.
Die Oberflächenbereiche des Formstücks, die nicht vom Fluid zu durchströ¬ men sind, brauchen keine feiner poröse Oberflächenschicht. Diese Oberflächen sind mit entsprechenden, Fluid-undurchlässigen Abschlussmitteln 5 abgeschlossen und an mindestens einer Stelle (Kanalanschlussöffnung 2) ist das Formstück durch diese abgedichtete Oberfläche hindurch über einen nicht dargestellten Kanal mit Mitteln zur Fluidförderung (z.B. Druckspeicher, Pum¬ pe) verbunden. Die Fluid-undurchlässigen Abschlussmittel 5 bestehen bei- spielsweise aus einem entsprechenden, offenen Behälter, welcher Behälter eine Kanalanschlussöffnung 2 und gegebenenfalls Kanalanschlussmittel in Form eines Rohrstutzens oder ähnlichem aufweist. Rund um den becherför¬ migen Hohlraum 1 der Form (Stellen 6) sind vorteilhafterweise entsprechende Dichtungen anzubringen. Der Behälter (5) besteht beispielsweise aus Kunst- Stoff oder aus Metall.
Die Abschlussmittel 5 können auch als Abschlussschicht ausgebildet sein und aus demselben Kunststoffmaterial bestehen wie Formstück 3 und Oberflä- chenschicht 4 und einstückig an das Formstück angeformt sein. Dabei enthält das Kunststoffmaterial einer derartigen Abschlussschicht keine Partikel wie die porösen Bereiche und ist dadurch für Fluide undurchlässig. Eine derartige Abschlussschicht kann aber beispielsweise zur mechanischen Verstärkung Glasfasern enthalten.
Eine Form, wie sie in der Figur 1 dargestellt ist, dient beispielsweise zum Tiefziehen von becherförmigen Teilen aus einer Kunststoffolie. Für das Tief¬ ziehen wird eine Kunststoffolie über den becherförmigen, offenen Hohlraum 1 der Form positioniert und durch die Kanalanschlussöffnung 2 wird mittels einer Absaugeinrichtung die Luft aus dem Hohlraum abgesaugt. Durch den im Hohlraum 1 entstehenden Unterdruck wird die Folie gegen die Form gezogen und entsprechend deformiert, wobei zusätzlich ein Gegenwerkzeug zum Einsatz kommen kann. Zum Ausstossen des fertigen, tiefgezogenen Be¬ chers wird durch die Kanalanschlussöffnung 2 Druckluft zugeführt.
Eine Form, wie sie in der Figur 1 dargestellt ist, kann zusammen mit einem entsprechenden Gegenwerkzeug auch zur Herstellung von Keramikgegenstän¬ den dienen, wobei das ungebrannte Material zwischen die beiden Werkzeuge gegossen wird, das Gegenwerkzeug entfernt wird, der Gegenstand vorgetrock- net und dann durch Zuführung von Druckluft aus der Form ausgestossen wird. In dieser Anwendung ist eine hohe Flächen-Kontinuität der angewende¬ ten Druckluft sehr wichtig, da das noch nicht gebrannte, keramische Material mechanisch sehr empfindlich ist.
Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Anwendung beispielsweise beim Tiefziehen von Kunststoffolien oder für die Herstellung von Keramikgegen¬ ständen kann zur gleichzeitigen Herstellung von mehreren Gegenständen selbstverständlich wie bekannte derartige Formen auch mehrere, nebenein¬ anderliegende, offene Hohlräume 1 aufweisen. Selbstverständlich kann auch ein entsprechendes Gegenwerkzeug, das dann eine konvexe poröse Ober¬ flächenschicht aufweist, analog zur Vorrichtung der Figur 1 ausgestaltet sein.
Figur 2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäs¬ sen Vorrichtung. Es handelt sich dabei um eine einfache Form zur Herstel¬ lung eines Teiles aus Kunststoffgranulat durch Nachexpandieren und Ver- schweissen des Granulates. Derartige Herstellungsverfahren kommen insbe- sondere bei der Herstellung von Giessformen für lost-foam-Giessverfahren und für die Herstellung von beispielsweise Verpackungshilfsmitteln aus Poly¬ styrolgranulat zur Anwendung. Der Aufbau der dargestellten Form ist im wesentlichen gleich wie für die im Zusammenhang mit der Figur 1 beschrie¬ bene Vorrichtung. Gleiche Teile bzw. gleiche Bereiche sind denn auch mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die Form ist zwei- oder mehrteilig und bis auf eine verschliessbare Öffnung 7 für die Zufuhr des Granulates geschlossen. Einander gegenüberliegend sind mindestens je eine Kanalanschlussöffnung 2.1 und 2.2 angebracht, durch die in nacheinander alternierender Richtung ein fluides Medium, beispielsweise Wasserdampf, als Energieträger durch die Form und das darin enthaltene Granulat gefördert wird. Es zeigt sich, dass in einer Form, wie sie in der Figur 2 sehr schematisch dargestellt ist, dank der sehr regelmässigen Verteilung des Energieträgers über die ganze Form eine äusserst regelmässige Nachexpansion und Ver- schweissung des Kunststoffgranulates erreicht werden kann.
Formen, wie sie in der Figur 2 dargestellt sind, können beispielsweise auch zum Niederdruck-Spritzgiessen verwendet werden, wobei der fertig gegossene und abgekühlte Gegenstand mit Druckluft, die durch die Form zugeführt wird, ausgestossen wird. Weitere Anwendungen sind auch denkbar für Prozesse, in denen das durch die Form zugeführte Fluid eine chemische Veränderung des Hohlrauminhaltes zu bewirken hat. Dank ihrer einfachen Herstellung und ihres kleinen Gewichtes bringen derartige Formen aber auch für Herstellungs- prozesse, die ohne Fluid arbeiten, entsprechende Vorteile.
Figuren 3 und 4 zeigen nun, ebenfalls in sehr schematischer Weise, ein Ver¬ fahren zur Herstellung der Ausführungsform gemäss Figur 1 der erfin- dungsgemässen Vorrichtung. Nach demselben Verfahren sind auch Formen gemäss Figur 2 herstellbar.
Zwischen zwei Formteilen 8 und 9 (Figur 3), die zusammen einen Hohlraum 10 bilden, der der zu erstellenden Oberflächenschicht 4 entspricht, wird eine erste Mischung aus nicht ausgehärtetem Kunststoff und beispielsweise Alumi¬ niumgranulat gebracht. Die mit der Mischung in Kontakt tretenden Oberflä¬ chen der Formteilen sind derart vorbereitet, dass die Mischung nicht an ihnen haftet. Zwischen den Formteilen wird die Mischung durch Vibrieren und/oder Wirkung eines Pressdruckes verdichtet. Darm werden die Formteile 8 und 9 zusammen gedreht und der Formteil 8 wird entfernt.
Die Oberflächenschicht 4 kann auch mit nur einem Formteil (8 oder 9) er¬ stellt werden. Dabei wird auf diesem Formteil eine entsprechende Schicht der ersten Mischung aufgebracht und mit einer Folie dicht bedeckt. Dann wird der Raum der Oberflächenschicht, das heisst der Raum zwischen Folie und Form evakuiert, wodurch ebenfalls ein verdichtend wirkender Pressdruck entsteht. Es zeigt sich, dass beispielsweise ein auf ca. 0,8 bis 0,6 bar reduzier¬ ter Druck zu guten Verdichtungsresultaten führt.
Figur 4 zeigt den zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der erfin- dungsgemässen Vorrichtung: die Herstellung des grob porösen Formstücks 3. Dazu wird in den Formteil 9 eine zweite Mischung aus Aluminiumgranulat und Kunststoff gefüllt und mit Hilfe eines weiteren Formteils 11 durch Vibrie¬ ren und/oder Pressdruck verdichtet, wobei dieser Pressdruck nicht höher sein soll als der Pressdruck, der für die Verdichtung der ersten Mischung angewen- det wurde. Vorteilhafterweise unter weiterer Wirkung des Pressdruckes wird dann der in den beiden Mischungen enthaltene Kunststoff ausgehärtet.
Die folgenden beiden Mischungen und entsprechenden Verfahrensparameter eigenen sich insbesondere für die Herstellung von Formen für lost-foam- Giessprozesse, durch die für das Nachexpandieren und Verschweissen des Kunststoffgranulates Wasserdampf mit einer Temperatur von ca. 100°C geför¬ dert wird. Erste Mischung für die feiner poröse Oberflächenschicht 4: Kunststoff: Epoxidharz und Härter eingelagerte Partikel: Granulat einer Aluminium-Siliziumlegierung (Sieb¬ fraktion lOOμm und 63μm, Gewichtsverhältnis: 332:83) - Mischverhältnis: Partikel zu Kunststoff 415:50
Mischverfahren: mit mischender und knetender Wirkung, 15Min. Verdichtung: Pressdruck ca. 120kp/cm2, 5 bis lOsec.
Zweite Mischung für das gröber poröse Formstück 3: - Kunststoff: Epoxidharz und Härter eingelagerte Partikel: Granulat aus Aluminium (Siebfraktion 0,5 bis
1,25 mm)
Mischverhältnis: Partikel zu Kunststoff 622:45
Mischverfahren: mit mischender und knetender Wirkung, SMin. - Verdichtung: Pressdruck ca. lkp/cm2, während dem Aushärten.
Aushärten des ganzen Kunststoffköφers: 80°, 3Std.
Figur 5 zeigt im Querschnitt als weitere, beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ein Begasungselement Dieses ist einstückig und besteht im wesentlichen aus einem Kunststoffmaterial, das durch einen Aushärtungsvorgang in eine feste Form gebracht ist, beispielsweise aus einem ausgehärteten Epoxidharz. Der Kunststoffköφer weist ein flächiges, gröber poröses Formstück 3 auf, das auf einer Seite durch eine feiner poröse Ober¬ flächenschicht 4 und auf der anderen Seite, sowie auf den Schmalseiten durch ein Fluid-undurchlässiges Abschlussmittel 5 in Form einer Abschlussschicht mit einer Kanalanschlussöffnung 2, die mit Kanalanschlussmitteln 12 versehen ist, abgedeckt ist. Das Begasungselement besitzt keinen hohlen Innenraum. Aus diesem Grunde kann es durch eine Aufeinanderfolge einfacher Verfah- rensschritte, die Giessen, Pressen und Aushärten umfassen, hergestellt wer¬ den. Das derart hergestellte Begasungselement braucht keinerlei Nachbearbei¬ tung. Es kann direkt auf einen Rohrstutzen mit beispielsweise normiertem Aussengewinde aufgeschraubt werden. Durch die Einstückigkeit des Bega¬ sungselements fallen besondere Vorkehrungen zur Verhinderung von nicht erwünschtem Gasaustritt am Element selbst vollständig weg und werden nur an der Verbindungsstelle zwischen Begasungselement und Kanal notwendig.
Das Begasungselement besteht im wesentlichen aus denselben Materialien wie die im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen Formen. Der Aufbau des verwendeten Werkstoffes bewirkt, dass durch die feinporige Ober¬ fläche des Begasungselmentes austretendes Gas kleinblasig ist und dass trotz¬ dem der Gasdurchleitung kein grosser Widerstand entgegensteht, das heisst, dass der für die Begasung notwendige Überdruck klein ist.
Da die Porosität des Materials einfach einstellbar ist, sind Begasungselemente gemäss Figur 5 auch einfach an vorgegebene Einsatztiefen (verschiedene Flüssigkeitsdrücke) und/oder vorgegebene Gasdrücke anpassbar, wobei die Grosse der entstehenden Blasen und die durchfliessende Gasmenge im we¬ sentlichen konstant gehalten werden kann.
Die oberflächigen Mündungen der Kanäle in einem derartigen Werkstoff sind derart fein, dass kaum Verunreinigungen eindringen können, sodass die Begasungselemente auch bei einer Anwendung in Klärbecken eigentlich nicht gereinigt werden müssen. Die in der Kunststoffmatrix eingelagerten Partikel werden durch den Kunststoff umgeben und abgedeckt, sodass sie einer korro- dierenden Wirkung der Flüssigkeit und/oder des Gases nur sehr beschränkt ausgesetzt sind. Zudem können sie auch aus korrosionsbeständigen Materia¬ lien, wie beispielsweise keramischen Materialien oder entsprechend legierten Metallen (z.B Aluminium-Silizium-Legierungen) bestehen.
Weitere, beispielhafte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrich¬ tung als Begasungselement können sich von der in der Figur 5 dargestellten Ausführungsform unterscheiden dadurch, dass sie beispielsweise mehr als zwei verschieden poröse Schichten (Formstück 3 und Oberflächenschicht 4) aufwei- sen, wobei die Porosität mit zunehmendem Abstand von der Abschlussschicht 5 und insbesondere von der Kanalanschlussöffnung 2 feiner wird. Andere Aus¬ führungsformen können auch weniger flach sein und eine Abschlussschicht 5 aufweisen, die sich auf die unmittelbare Umgebung der Kanalanschlussöff¬ nung beschränkt.
Die Figuren 6 bis 10 zeigen verschiedene, aufeinanderfolgende Phasen einer beispielhaften Verfahrensvariante zur Herstellung des Begasungselements gemäss Figur 5.
In Figur 6 ist ein Formteil 13 dargestellt, dessen ebene Innenbodenfläche in ihrer Form der flächigen Form des herzustellenden Begasungselements ent¬ spricht. Der Formteil besteht aus einem Material, an dem der zu verwenden- de Kunststoff nicht haftet oder ist für eine derartige Nicht-Haftung entspre¬ chend behandelt. In diesen Formteil 13 wird zur Herstellung der feiner porö¬ sen Oberflächenschicht 4 eine Mischung F.l gefüllt, welche Mischung aus Partikeln und unausgehärtetem Kunststoff besteht. Diese Mischung F.l wird in der Form vibriert und/oder mit einem ersten Stempel 14 gepresst, wie dies in der Figur 7 dargestellt ist. Dann wird, wie in der Figur 8 dargestellt, auf die vibrierte und/oder gepresste Schicht aus der ersten Partikel/Kunststoff-Mischung F.l entlang der Wand des Formteils 13 Kunststoffmaterial S ohne Partikel (gegebenenfalls mit beispiels- weise Glasfasern als Füll- oder Verstärkungsmaterial) aufgebracht. Damit dieses Auftragen einfach durchführbar ist, ist es vorteilhaft, wenn das unge¬ härtete Kunststoffmaterial S pastenförmig oder thixotrop ist. Dann wird auf die erste Mischung F.l für die Oberflächenschicht 4 eine zweite Partikel/- Kunststoff-Mischung F.2 mit grösseren Partikeln für das flächige Formstück eingebracht. Die beiden Mischungen F.l und F.2 unterscheiden sich insbe¬ sondere durch die kleineren Partikel in der Mischung F.l und die grösseren Partikel in der Mischung F.2 voneinander.
Der Formteil 13 wird geschlossen mit einem zweiten Stempel 15, der als Ne¬ gativform für die Kanalanschlussmittel Ausnehmungen 16 aufweist (Figur 9). Diese Ausnehmungen 16 sind mit Kunststoffmaterial S ohne Partikel gefüllt und die dem Formteil 13 zugewandte Stirnseite 17 des Stempels 15 ist mit Ausnahme der potentiellen Kanalanschlussöffnung mit einer Schicht des Kunststoffmaterials S bedeckt. Mit dem zweiten Stempel 15 werden Form¬ stück 3 und Oberflächenschicht 4 zusammen gepresst (Figur 10), wobei der Pressdruck nicht grösser sein soll als bei der Pressung mit dem ersten Stempel 14. Gleichzeitig wird, wenn für die Aushärtung des Kunststoffes notwendig, Wärme zugeführt. Vorgängig zum Pressen oder während dem Pressen kann das Material in der Form auch vibriert werden.
Durch das Pressen und Vibrieren verbinden sich die Kunststoffanteile der verschiedenen Schichten und entsteht das im wesentlichen einstückige Bega- sungselement, das (noch in der Form) in der Figur 10 dargestellt ist. Stempel 15 und Formteil 13 werden dann vom Begasungselement entfernt (Stempel 15 durch Ausschrauben). Das Begasungselement ist damit fertig und sofort bereit für den Einsatz.
Für die Herstellung von Begasungselementen mit einem gröber porösen Formstück und mehreren feiner porösen Schichten ist das beschriebene Ver¬ fahren entsprechend anzuwenden. Für verschiedene Formen von Kanalan¬ schlussmitteln (beispielsweise für Bayonettverschluss, Schnappverschluss etc.), ist der zweite Stempel 15 entsprechend mehrstückig zu konzipieren. Selbstver¬ ständlich können die Einformungen für die Anschlussmittel auch im Formteil 13 (statt im Stempel) vorgesehen sein, und das Begasungselement wird dann in umgekehrter Reihenfolge hergestellt. Dies bedingt allerdings, dass zur Pressung der Oberflächenschicht 4 ein höchstens gleich grosser Pressdruck notwendig ist wie für die Pressung der des Formstück 3. Weitere, denkbare Verfahrensvarianten bestehen darin, dass Formstück und Oberflächenschicht in zwei entsprechenden Formteilen erstellt werden, welche zwei Formteile dann zum Pressen und Aushärten aufeinander gebracht werden.
Figur 11 zeigt noch einen beispielhaften Kreisprozess, mit dem Begasungsele¬ ment gemäss Figur 5 mit einem Herstellungsverfahren gemäss Figuren 6 bis 10 kontinuierlich herstellbar sind. Es handelt sich um eine in sich geschlosse¬ ne Förderstrecke, auf der acht Foπ^teüe 13 in Pfeilrichtung getaktet durch acht Positionen 71 bis 78 bewegt werden. Das Herstellungsverfahren beginnt in der Position 71, in der die erste Partikel/Kunststoff-Mischung F.l in den Formteil 13 gegeben wird. In der Position 72, in der der erste Stempel 14 senkrecht zur Förderrichtung der Formteile 13 bewegbar angeordnet ist, wird die erst Mischung im Formteil mit dem Stempel 14 gepresst und gegebenen- falls vibriert und der Stempel wird wieder entfernt. In der Position 73 wird das Kunststoffmaterial S ohne Partikel an den Wänden des Formteils aufge¬ bracht. In der Position 74 wird die zweite Partikel/Kunststoff-Mischung Y2 in den Formteil eingebracht. In der Position 76, an der der zweite Stempel 15 senkrecht zur Förderrichtung der Formteile 13 bewegbar angeordnet ist, wird dieser mit Kunststoffmaterial S ohne Partikel versehen, in den Formteil ge- presst und nach dem Aushärten des Kunststoffes wieder entfernt. Für das Aushärten wird gegebenenfalls Wärme zugeführt. In der Position 77 wird Formteil und Inhalt ausgekühlt und das fertige Begasungselement B aus dem Formteil ausgestossen und in der Position 78 wird der Formteil gereinigt und gegebenenfalls mit einem Mittel gegen ein Anhaften des Kunststoffes behan¬ delt.
Um die Zykluszeit eines Kreisverfahrens, wie es in der Figur 11 schematisch dargestellt ist, zu minimieren, ist es vorteilhaft, wenn die Begasungselemente im Formteil 13 nur gerade bis zu einem Zustand ausgehärtet werden, in dem sie für ein Ausstossen aus dem Formteil genügend fest sind. Ein abschliessen- der Aushärtungsschritt kann dann batchweise ausserhalb des kontinuierlichen Kreisprozesses durchgeführt werden.
Als mehr konkretes Beispiel für das erfindungsgemässe Begasungselement und seine Herstellung sind im folgenden die notwendigen Daten aufgelistet, die zu einem Begasungselement führen, das in einem Klärbecken ca. 2 bis 3m unter der Wasseroberfläche bei einem zur Verfügung stehenden Luft-Über¬ druck von 0,lbar bei einer sehr guten Lebensdauer eine überduchschnittlich gute Begasung liefert:
Begasungselement: Form: rund, Durchmesser 210mm Dicke der Oberflächenschicht 4 6mm Dicke des Formstücks 3 11mm Dicke der Abschlussschicht 0,5mm Kunststoff: Epoxidharz
Luftdurchlässigkeit bei 0,6bar Differenzdruck: 6,6 1 pro min und cm2
Materialien: erste Partikel/Kunststoff-Mischung F.l: 332g Partikel (AlSi, Siebfraktion ca lOOμ), 83g Partikel (AlSi, Siebfraktion 63μm), 84g Epoxidharz, 12g Härter, Mischzeit 15 Min; zweite Partikel/Kunststoff-Mischung F.2: 622g Partikel (AI, Siebfraktion, 0,5 bis 1,25mm), 36g Epoxidharz, 9g Härter, Mischzeit 5Min; Kuπststoffmaterial S ohne Partikel: 80g Epoxidharz, 20g Härter, ca. 3g Ver- dickungsmaterial (z.B. Aerosil), ca. 5g kurzgeschnittene Glasfasern (ca. 3mm), ca. 3g Farbpigment.
Parameter für das Herstellungsverfahren:
Behandlung der Oberflächenschicht 4: vorverdichten, dann pressen mit Press¬ druck ca. 120 kp/cm2, Pressdauer 5 bis lOsec.
Behandlung des Formteils: pressen mit Pressdruck ca lkp/cm2.
Aushärten des Begasungslementes unter Pressdruck ca lkp/cm2 bei 80°C für 3Std.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Vorrichtung zur Leitung von Fluiden zwischen einem Kanal und einem Raum, welche Vorrichtung einen an den Raum grenzen¬ den, Fluid-durchlässigen Oberflächenbereich und einen Fluid- undurchlässigen Oberflächenbereich mit einer Kanalanschlussöff- nung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aus einem gröber porösen Formstück (3) besteht, das zur Bildung des Fluid-durchlässigen Oberflächenbereichs eine feiner poröse Ober¬ flächenschicht (4) und zur Bildung des Fluid-undurchlässigen Oberflächenbereichs fluiddichte, an den Formteil anschliessende Abschlussmittel (5) mit mindestens einer Kanalanschlussöffnung aufweist, dass Formstück (3) und Oberflächenschicht (4) zusam¬ men einen einstückigen Kunststoffköφer bilden und dass zur Erzeugung der Porosität im Formstück (3) grössere Partikel und in der Oberflächenschicht (4) kleinere Partikel in den Kunststoff eingelagert sind mit einem Gewichtsanteil, der grösser ist als der
Gewichtsanteil des Kunststoffs, derart, dass die feiner poröse Oberflächenschicht (4) an der Oberfläche offene und sich kon¬ tinuierlich in die gröberen Poren des Formstücks (3) fortsetzende feinere Poren aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberflächenschicht (4) als Gewichtsanteil weniger Partikel eingelagert sind als im Formstück (3).
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Kunststoffköφer aus einem ausgehärteten Kunststoffmaterial besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die im Kunststoffmaterial des Kunststoffköφβrs eingelagerten Partikel unregelmässig geformt sind und dass sie aus Metall oder aus einem keramischen Material bestehen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Partikel aus Aluminium oder aus einer Alumi- niumlegierung bestehen und dass das Kunststoffmaterial des Kunststoffköφers ein Epoxidkunststoff ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Partikel der Oberflächenschicht (4) aus einer Siebfraktion von 50μm bis lOOμm, die Partikel des Formstücks
(3) aus einer Siebfraktion von 0,5mm bis 1,25mm stammen und dass das Gewichtsverhältnis Partikel zu Kunststoff in der Ober¬ flächenschicht (4) 1 : 0,1 bis 1 : 0,5 und im Formstück (3) 1 : 0,05 bis 1 : 0,1 beträgt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Oberflächenschicht (4) eine Dicke von 5 bis
10mm aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass zwischen gröber porösem Formstück (3) und feiner poröser Oberflächenschicht (4) als weiterer Bereich des einstücki¬ gen Kunststoffköφers mindestens eine weitere poröse Schicht angeordnet ist, wobei die Feinheit der Porosität der mindestens einen weiteren porösen Schicht zwischen der Feinheit der Porosi¬ tät des Formstücks (3) und derjenigen der Oberflächenschicht (4) liegt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Abschlussmittel (5) wie das Formstück (3) und die Oberflächenschicht (4) durch den einstückigen Kunststoff- köφer gebildet sind, dadurch, dass er in denjenigen Oberflächen- bereichen, die nicht durch die feiner poröse Oberflächenschicht bedeckt sind, eine Fluid-undurchlässige Schicht aufweist, in der keine Partikel eingelagert sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in die Fluid-undurchlässige Schicht Mittel zur mechanischen Ver¬ stärkung eingelagert sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Kanalanschlussöffnung (2) mit Kanalan¬ schlussmitteln (12) versehen ist, welche Kanalanschlussmittel durch einen weiteren Bereich des einstückigen Kunststoffköφers gebildet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalanschlussmittel (12) die Form eines Rohrstutzens mit einem Innengewinde aufweisen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass im Bereiche der Kanalanschlussmittel (12) Mittel zur mechanischen Verstärkung in den Kunststoff eingela¬ gert sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur mechanischen Verstärkung Glasfasern sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (4) eine konkave oder konvexe Form hat.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das Formstück (3) eine flächige Form auf¬ weist, dass die Oberflächenschicht (4) die eine Seite des Form¬ stücks (3), die Abschlussmittel (5) die andere Seite des Form- Stücks (3) bedeckt und dass die Kanalanschlussöffnung (2) im
Zentrum dieser anderen Seite angeordnet ist.
17. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der An- Sprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Form- teil (8, 9, 13) bzw. zwischen zwei Formteilen (8 und 9) eine Schicht einer ersten Mischung von aushärtbarem Kunststoff und Partikeln auf- bzw. eingebracht und verdichtet wird, dass auf die Schicht eine zweite Mischung aus aushärtbarem Kunststoff und Partikeln aufgebracht und verdichtet wird und dass dann die Kunststoffe der beiden Mischungen zusammen ausgehärtet wer¬ den.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die
Mischungen durch Vibrieren und/oder durch einen Pressdruck verdichtet werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass für die erste Mischung, aus der die Oberflächenschicht (4) hergestellt wird, ein Pressdruck von ca. 120 kp/cm2, für die zweite Mischung, aus der das Formstück (3) hergestellt wird, ein Pressdruck von ca. 1 kp/cm2 zur Anwendung kommen.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Mischung, aus der die Oberflächenschicht (4) hergestellt wird, mit einer Folie dicht abgedeckt wird und dass im Raum zwischen Folie und Formteil zur Verdichtung der Mischung ein
Unterdruck erzeugt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Mischungen von Partikeln und aushärtbarem Kunststoff in einem Mischvorgang mit mischender und knetender Wirkung erzeugt werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass zur Erstellung einer Abschlussschicht (5) die In- πenoberflächen der Formteile (13, 15) mindestens teilweise mit unausgehärtetem Kunststoff beschichtet werden.
23. Verwendung der Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 16 zum Tiefziehen von Kunststoffolien oder zum Nachexpandie¬ ren und Verschweissen von Kunststoffgranulat zur Herstellung von lost-foam-Giessformen oder anderen Teilen aus Polystyrol- granulat.
24. Verwendung der Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 16 als Form zur Herstellung von Keramikgegenständen und zum Ausstossen der Keramikgegenstände durch Fluidapplikation durch die Form.
25. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 als Begasungselement.
PCT/CH1995/000250 1994-11-02 1995-10-27 Vorrichtung zur fluid-leitung zwischen einem durch eine feste oberfläche begrenzten raum und einem kanal, sowie verfahren zur herstellung der vorrichtung Ceased WO1996014194A1 (de)

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