DE102007057606A1

DE102007057606A1 - Modular aufgebaute Rotationstrommel für Elektro- und Haushaltsgeräte

Info

Publication number: DE102007057606A1
Application number: DE102007057606A
Authority: DE
Original assignee: Basell Polyolefine GmbH
Current assignee: Basell Polyolefine GmbH
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-06-04
Also published as: EP2227578A1; CN101939477A; US20100272935A1; WO2009068283A1

Abstract

Eine modular konzipierte Rotationstrommel enthält mehrere Einzelsegmente 24, die mindestens eine Trägerschicht aus einem thermoplastischen Kunststoff, eine darauf angeordnete Zwischenlage und eine hitzegehärtete Deckschicht aufweisen. Sie eignet sich hervorragend zum Herstellen von rotationssymmetrischen Innenteilen für Elektro- und Haushaltsgeräte, insbesondere für Wäschetrockner.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige, nämlich eine modular aufgebaute Rotationstrommel, die besonders vorteilhaft als Innenteil für Elektro- und Haushaltsgeräte eingesetzt werden kann, insbesondere solche Geräte, die der Wäschebehandlung dienen. Die modular aufgebaute Rotationstrommel ist erfindungsgemäß aus mehreren, geometrisch unterschiedlich geformten Einzelsegmenten aufgebaut, die zusammengesetzt die Rotationstrommel ergeben. Jedes dieser Einzelsegmente enthält jeweils eine Trägerschicht aus thermoplastischem Kunststoff.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der modular aufgebauten Rotationstrommel und ihre Verwendung als Innenteil von elektrischen Waschmaschinen, Wäschetrocknern oder Wäscheschleudern.
Bisher übliche Rotationstrommeln, die z. B. in Wäschetrocknern eingesetzt sind, bestehen aus veredeltem Metallblech, um so der starken Beanspruchung durch im weitesten Sinne korrosive Umgebungsbedingungen wie hohe Temperatur, hohe Feuchtigkeit, hohe Luftfeuchtigkeit etc. über die geforderte Lebensdauer des Geräts zuverlässig standhalten zu können.
Die DE 102 53 113 beschreibt den Aufbau einer modular aufgebauten Rotationstrommel, wobei üblicherweise eingesetzte Metall-Einzelteile wie Vorderwand, Rückwand und zylindrischer Trommelmantel über Formschluss miteinander verbunden werden. Anschließend werden in diese Rotationstrommel sog. Wäschemitnehmer aus Kunststoff eingesetzt, mit denen die Verwirbelung der Wäsche während des Behandlungsvorganges bewirkt wird. Vollständig aus Kunststoff gefertigte Wäschetrommeln haben sich aber bislang in der Praxis deshalb nicht etabliert, weil die hohen Anforderungen an die Mantelfläche, was deren Steifigkeit unter Temperaturbelastung betrifft, keine wirtschaftliche Fertigung von Innentrommeln aus Kunststoff für die marktüblichen Geräte erlaubt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen modularen Aufbau für eine Rotationstrommel vorzuschlagen, die auf der einen Seite eine gute Stabilität und auf der anderen Seite Kostenvorteile bei der Fertigung sowie die Möglichkeit zum Recycling in sich vereint.
Die Aufgabe bestand insbesondere darin, unter Beibehaltung der verfügbaren technischen Möglichkeiten, umfassend einfache Verarbeitungsprozesse und kostengünstige Fertigung von Einzelteilen, eine Rotationstrommel als Innenteil für elektrische Geräte wie Waschmaschinen, Wäschetrockner oder Wäscheschleudern zu schaffen, die vollständig aus thermoplastischem Kunststoff besteht, bevorzugt aus Polypropylen. Ein derartiges Konzept verspricht nämlich besondere Vorteile verspricht in Bezug auf:

• Rohstoffkosten (Edelstahl gegenüber Kunststoff);
• Investitionskosten (keine Blechbearbeitung gegenüber Kunststoffteilefertigung, die teilweise über Zulieferanten möglich/verfügbar ist);
• Einfacherer Variantenwechsel;
• Geringere Wärmeverluste (Stahl gegenüber Kunststoff);
• Geräuschdämmung (Körperschalldämmung von Kunststoff ist günstiger als die von Metall).

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine modular aufgebaute Rotationstrommel der eingangs genannten Gattung, bei der jedes der Einzelsegmente für die Rotationstrommel mindestens eine Trägerschicht aus einem thermoplastischen Kunststoff enthält, eine darauf angeordnete Zwischenlage und eine Deckschicht.
Das Merkmal "modular aufgebaut" soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeuten, dass in Anlehnung an den bekannten Aufbau von modular aufgebauten Rotationstrommeln, die aus einer Vorderwand mit Öffnung, einer Mantelfläche aus mehreren Segmenten plus Mitnehmern und einer Rückwand bestehen, erfindungsgemäß eine beliebige Kombination dieser einzelnen Teile oder Module der Rotationstrommel verwirklicht werden kann, die jeweils als einstückige Module getrennt voneinander herstellbar sind und danach dann leicht zu der fertigen Rotationstrommel zusammengesetzt werden können.
Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verbundmaterials wird es überraschend möglich, eine Rotationstrommel als Innenteil für Elektrogeräte zur Wäschebehandlung zu realisieren, die vollständig auf Basis von thermoplastischem Kunststoff aufgebaut ist und die trotzdem eine ausreichende Steifigkeit aufweist, um den besonderen mechanischen und thermischen Belastungen, denen die Trommel während ihres bestimmungsgemäßen Einsatzzweckes ausgesetzt ist, zuverlässig stand zu halten.
Der erfindungsgemäße Aufbau der Rotationstrommel erlaubt erstmals die Kombination der charakteristischen Eigenschaften von thermoplastischen Rohstoffen, insbesondere deren einfache Verarbeitung durch Extrusion, ihre Möglichkeit zur Wiederverwertung (Recycling), was zu einem günstigen Teilepreis führt, mit einer funktionalen Oberfläche, was die gute Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit und ein günstiges Abriebverhalten betrifft, in Verbindung zu bringen. Hinzu kommt noch weiter die Möglichkeit einer Dekorgebung (Farbe, Muster) des Fertigteiles über einen geeigneten Mehrschicht-Laminataufbau.
Überraschend hat sich herausgestellt, dass sich die Steifigkeit einer Kunststoffprobe durch eine Kaschierung mit einer Dekorfolie deutlich verbessern lässt. So kann ein Steifigkeitsniveau erreicht werden, das bislang durch reine Kunststoffteile-Lösungen für Rotationstrommeln, nicht erzielt werden kann. Das gilt insbesondere für den Fall, dass die Rotationstrommeln höheren Temperaturen ausgesetzt sind. Hier führt der erfindungsgemäße modulare Aufbau mit den Einzelsegmenten aus Verbundmaterial zu eindeutigen Vorteilen.
Überraschend zeigte sich ferner, dass eine beidseitige Ausführungsform mit beidseitig angeordneten Zwischenlagen und beidseitigen hitzegehärteten Deckschichten auf der Trägerschicht bevorzugt zum Einsatz kommen sollte, weil die beidseitige Ausführungsform neben den höchsten Festigkeitsgewinnen auch die geringste Verzugsneigung (günstigste Ebenheit) aufweist.
Über die gezielte Modifizierung des für die Trägerschicht eingesetzten thermoplastischen Kunststoffes, der schlagzäh modifiziert, mit mineralischen Füllstoffen versehen oder glasfaserverstärkt sein kann, lassen sich die Eigenschaften des erfindungsgemäßen, modular konzipierten Verbundmaterials in einem besonders weiten Spektrum variieren und so den Anforderungen an die Rotationstrommel anpassen, was die mechanischen Eigenschaften betrifft, ohne dass dadurch die Oberflächeneigenschaften und die Oberflächenqualität der Rotationstrommel beeinflusst werden.
Die Trägerschicht aus thermoplastischem Kunststoff kann 1 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 40 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht der Trägerschicht, an verstärkenden Füllstoffen enthalten. Beispiele für solche verstärkende Füllstoffe sind Bariumsulfat, Magnesiumhydroxid, Talkum mit einer mittleren Korngröße im Bereich von 0,1 bis 10 μm, gemessen nach DIN 66 115, Holz, Flachs, Kreide, Glasfasern, beschichtete Glasfasern, Kurzglasfasern oder Langglasfasern, Glaskugeln oder Mischungen von diesen. Außerdem kann die untere Trägerschicht noch weitere Zusatzstoffe wie Licht-. UV- und Thermostabilisatoren, Pigmente, Ruße, Gleitmittel und Verarbeitungshilfsmittel, Flammschutzmittel, Treibmittel, und ähnliche in jeweils zweckmäßigen Mengen enthalten. Die untere Trägerschicht selbst besteht erfindungsgemäß aus thermoplastischen Polymeren.
Als thermoplastische Kunststoffe kommen erfindungsgemäß Polymere wie Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC), Polysulfone, Polyetherketone, Polyester wie Polyethylenterephthalat, Polybutylentherephthalat oder Polyalkylennaphthalat, Polycycloolefine, Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyamide wie Poly-epsilon-Caprolactam oder Polyhexamethylenadipinsäureamid oder Polyhexamethylensebazinsäureamid, Polycarbonat, Polyurethane, Polyacetale wie Polyoxymethylen (POM), oder Polystyrol (PS) vorteilhaft zum Einsatz. Als thermoplastische Polymere sind dabei Homopolymere und Copolymere prinzipiell geeignet. In dem Zusammenhang sind besonders erwähnenswert Copolymere aus Propylen und Ethylen oder aus Ethylen oder Propylen und anderen Olefinen mit 4 bis 10 C-Atomen, oder Co- oder Terpolymere aus Styrol und mengenmäßig geringeren Anteilen an Butadien, alpha-Methylstyrol, Acrylnitril, Vinylcarbazol oder Estern der Acryl-, der Methacryl- oder der Itaconsäure. Die untere Trägerschicht des erfindungsgemäßen Mehrschichtverbundmaterials kann zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit seiner Herstellung auch Rezyklate der genannten Polymere in Mengen von bis zu 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der unteren Trägerschicht, enthalten.
Unter der Bezeichnung Polyoxymethylen (POM) sind erfindungsgemäß Homo- wie Copolymere von Aldehyden wie Formadehyd oder Acetaldehyd, vorzugsweise aber von cyclischen Acetalen, verstanden werden. Für POM ist es charakteristisch, dass immer wiederkehrende Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindungen das Erscheinungsbild der Molekülkette prägen. Der Schmelzflussindex (MFR) von POM liegt üblicherweise im Bereich von 5 bis 50 g/10 min, bevorzugt von 5 bis 30 g/10 min, gemessen nach ISO 1133 bei einer Temperatur von 230°C und unter einer Belastung von 2,16 kg.
Wenn für die Trägerschicht des erfindungsgemäßen Verbundmaterials Polyester verwendet werden soll, bietet sich bevorzugt Polyethylenterephthalat (PET) oder Polybutylenterephthalat (PBT) dafür an. Beides sind hochmolekulare Veresterungsprodukte von Terephthalsäure und Ethylen- bzw. Butylenglykol. Erfindungsgemäß besonders geeignete Polyester besitzen einen Schmelzflussindex MFR im Bereich von 5 bis 50 g/10 min, vorzugsweise von 5 bis 30 g/10 min, gemessen nach DIN 1133 bei einer Temperatur von 230°C und unter einer Belastung von 2,16 kg.
Als Copolymere des Styrols kommen für die Trägerschicht des Verbundmaterials insbesondere Copolymere mit bis zu 45 Gew.-%, vorzugsweise mit bis zu 20 Gew.-%, an einpolymerisiertem Acrylnitril in Betracht. Solche Copolymere weisen typischer Weise einen Schmelzflussindex MFR im Bereich von 1 bis 25 g/10 min, vorzugsweise von 4 bis 20 g/10 min, gemessen nach DIN 1133 bei einer Temperatur von 230°C und unter einer Belastung von 2,16 kg.
Weitere Terpolymere des Styrols enthalten bis zu 35 Gew.-%, insbesondere bis zu 20 Gew.-%, einpolymerisiertes Acrylnitril und bis zu 35 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 30 Gew.-%, Butadien. Solche Terpolymere werden auch kurz als ABS bezeichnet und weisen typischer Weise einen Schmelzflussindex MFR im Bereich von 1 bis 40 g/10 min, vorzugsweise von 2 bis 30 g/10 min, gemessen nach DIN 1133 bei einer Temperatur von 230°C und unter einer Belastung von 2,16 kg.
Als weitere thermoplastische Kunststoffe für die Trägerschicht des erfindungsgemäßen Verbundmaterials werden insbesondere auch Polyolefine wie PE und PP eingesetzt, von welchen PP besonders bevorzugt verwendet wird. Als PP werden erfindungsgemäß Homo- wie Copolymere des Propylens verstanden. Copolymere enthalten in untergeordneten Mengen mit Propylen copolymerisierbare Monomere wie 1-Olefine mit 2 oder 4 bis 8 C-Atomen. Bei Bedarf können auch zwei oder mehr Comonomere verwendet werden.
Als für die Trägerschicht des erfindungsgemäßen Verbundmaterials besonders geeignete thermoplastische Kunststoffe sind Homopolymere des Propylens oder Copolymere aus Propylen und bis zu 50 Gew.-% weitere 1-Olefine mit bis zu 8 C-Atomen zu nennen. Solche Copolymere sind normalerweise statistische Copolymere, es können aber auch Blockcopolymere sein.
Die Polymerisation zum Herstellen von PP kann normalerweise unter einem Druck im Bereich von 1 bis 100 bar (0,1 bis 10 MPa) in Suspension oder in Gasphase und in Anwesenheit eines Ziegler-Natta-Katalysatorsystems erfolgen. Bevorzugt sind dabei solche Katalysatorsysteme, die neben einer titanhaltigen Feststoffkomponente noch Cokatalysatoren in Form organischer Aluminiumverbindungen und Elektronendonorverbindungen enthalten.
Ziegler-Natta-Katalysatorsysteme enthalten in der Regel eine titanhaltige Feststoffkomponente, insbesondere Halogenide oder Alkoholate desdrei- oder vierwertigen Titans, außerdem eine halogenhaltige Magnesiumverbindung, anorganische Oxide wie Kieselgel als Trägermatrial und Elekronendonorverbindungen. Als Elektronendonorverbindungen sind insbesondere Carbonsäurederivate oder Ketone, Ether, Alkohole oder siliziumorganische Verbindungen zu nennen.
Die titanhaltige Feststoffkomponente lässt sich nach bekannten Verfahren herstellen. Bevorzugt wird sie nach einem Verfahren hergestellt, das in der DE 195 29 240 näher beschrieben ist.
Für die Ziegler-Natta-Katalysatorsysteme geeignete Cokatalysatoren sind neben Trialkylaluminium auch solche Verbindungen, bei denen eine Alkylgruppe durch eine Alkoxygruppe oder durch ein Halogenatom wie Chlor oder Brom ersetzt ist. Die Alkylgruppen können gleich oder verschieden sein. Auch kommen lineare oder verzweigte Alkylgruppen in Betracht. Vorzugsweise werden erfindungsgemäß Trialkylaluminiumverbindungen eingesetzt, deren Alkylgruppen 1 bis 8 C- Atome enthalten, beispielsweise Triethylaluminium, Tri-iso-butylaluminium, Trioctylaluminium, oder Methyldiethylaluminium oder Mischungen daraus.
Das Herstellen von PP kann aber auch in Anwesenheit von Metallocen als Katalysator erfolgen. Unter Metallocenen sind schichtförmig aufgebaute Komplexverbindungen zu verstehen, die Metalle aus den Nebengruppen des Periodensystems der chemischen Elemente plus organische, vorzugsweise aromatische, Liganden enthalten. Für ihren Einsatz zum Herstellen von PP werden die Metallocenkomplexe zweckmäßig auf ein Trägermaterial aufgebracht. Als Trägermaterial haben sich die anorganischen Oxide bewährt, die auch zur Herstellung der titanhaltigen Feststoffkomponente in Ziegler-Natta-Katalysatoren zum Einsatz kommen.
Üblicherweise eingesetzte Metallocene enthalten als Zentralatom Titan, Zirkon oder Hafnium, von denen Zirkon bevorzugt ist. Das Zentralatom ist über eine pi-Bindung mit mindestens einem pi-System verknüpft, das durch eine Cyclopentadienylgruppe verkörpert wird. Die Cyclopentadienylgruppe ist in den allermeisten Fällen mit zusätzlichen Substituenten ausgestattet. Damit kann die Aktivität oder Produktivität des Katalysators gesteuert werden. Bevorzugte Metallocene enthalten Zentralatome, die über zwei gleichartige oder verschiedene pi-Bindungen an zwei pi-Systeme gebunden sind, die gleichzeitig auch Bestandteil von entsprechenden heteroaromatischen Systemen sein können.
Als Cokatalysator ist für das Metallocen prinzipiell jede Verbindung geeignet, die das neutrale Metallocen in ein Kation überführen und dieses stabilisieren kann. Darüber hinaus sollte der Cokatalysator oder das aus ihm gebildete Anion keine weiteren Reaktionen mit dem gebildeten Metalloceniumkation eingehen, was in EP 427 697 beschrieben ist. Als Cokatalysator wird bevorzugt eine Aluminiumverbindung und/oder eine Borverbindung verwendet.
Die Borverbindung hat bevorzugt die Formel R¹⁸ _xNH_4-xBR¹⁹ ₄, R¹⁸ _xPH_4-xBR¹⁹ ₄, R¹⁸ ₃CBR¹⁹ ₄ oder BR¹⁹ ₃, worin x eine Zahl von 1 bis 4, bevorzugt 3, bedeutet, die Reste R¹⁸ gleich oder verschieden, bevorzugt gleich sind, und C₁-C₁₀-Alkyl oder C₆-C₁₈-Aryl sind, oder zwei Reste R¹⁸ zusammen mit den sie verbindenden Atomen einen Ring bilden, und die Reste R¹⁹ gleich oder verschieden, bevorzugt gleich sind, und C₆-C₁₈-Aryl sind, das durch Alkyl, Haloalkyl oder Fluor substituiert sein kann. Insbesondere steht R¹⁸ für Ethyl, Propyl, Butyl oder Phenyl und R¹⁹ für Phenyl, Pentafluorphenyl, 3,5-Bistrifluormethylphenyl, Mesityl, Xylyl oder Tolyl. Borverbindungen als Cokatalysator für Metallocene sind in EP 426 638 beschrieben.
Bevorzugt wird als Cokatalysator eine Aluminiumverbindung wie Alumoxan und/oder ein Aluminiumalkyl eingesetzt.
Besonders bevorzugt wird als Cokatalysator ein Alumoxan, insbesondere des linearen Typs oder des cyclischen Typs, eingesetzt, wobei in beiden Verbindungen noch organischen Reste vorkommen können, die gleich oder verschieden sind und Wasserstoff oder eine C₁-C₂₀-Kohlenwasserstoffgruppe wie eine C₁-C₁₈-Alkylgruppe, eine C₆-C₁₈-Arylgruppe oder Benzyl bedeuten können.
Die Trägerschicht des erfindungsgemäßen Verbundmaterials kann als gespritzte, als extrudierte oder als gepresste Platte in unterschiedlichen Dicken und Größen vorliegen. Bevorzugte Schichtdicken für die Trägerschicht liegen im Bereich von 1 bis 20 mm, besonders bevorzugt von 2 bis 15 mm.
Auf mindestens einer, vorzugsweise aber auf beiden Oberflächen der Trägerschicht ist/sind erfindungsgemäß eine/zwei Zwischenlage(n) angeordnet. Als Material für die Zwischenlage(n) kommt insbesondere thermoplastischer Kunststoff in Frage, vorzugsweise der gleiche thermoplastische Kunststoff, wie er auch schon für die Trägerschicht verwendet wurde. Durch diese Kombination lässt sich eine besonders fest haftende Verbindung zwischen der Trägerschicht und der Zwischenschicht herstellen. Die Zwischenlage liegt erfindungsgemäß als dünne Folie oder aber bevorzugt als dünnes Vlies mit einer Dicke im Bereich von 0,001 bis 1 mm vor, vorzugsweise von 0,005 bis 0,5 mm.
Bevorzugt wird als thermoplastisches Material für die Zwischenlage ein PP eingesetzt, das in Gegenwart von Metallocen als Katalysator hergestellt ist und das einen Schmelzflussindex MFR im Bereich von 10 bis 60 g/10 min besitzt, gemessen nach DIN 1133 bei einer Temperatur von 230°C und unter einer Belastung von 2,16 kg.
Die Zwischenlage aus thermoplastischem Kunststoff kann zweckmäßig auch ein mit Tränkharz getränktes Vlies sein. Als Tränkharz kommen hierfür insbesondere Acrylatharze, Phenolharze, Harnstoffharze oder Melaminharze zum Einsatz. Der Grad der Tränkung mit Harz kann dabei bis zu 300% gehen, was bedeutet, dass praktisch die gesamte Oberfläche der Zwischenlage dick mit Harz getränkt ist, das dann 300% des Gewichtes der Zwischenlage ohne Harz ausmacht. Vorzugsweise liegt der Grad der Tränkung mit Harz bei 15 bis 150%, besonders bevorzugt bei 80 bis 120%. Das Gewicht der Zwischenlage liegt erfindungsgemäß im Bereich von 15 bis 150 g/m², vorzugsweise von 30 bis 70 g/m².
Das erfindungsgemäße Verbundmaterial kann in einer bevorzugten Ausgestaltung zwischen der Zwischenlage und der hitzegehärteten Deckschicht noch eine auf der Zwischenlage angeordnete Dekorschicht enthalten.
Die Dekorschicht kann aus einem Kunststoffmaterial bestehen, das eine Prägung oder eine Färbung oder beides in Kombination aufweist. Die Dekorschicht und die hitzegehärtete Schicht gibt es auch in Kombination unter der Bezeichnung Fertiglaminat. Die Dekorschicht kann auch aus Papier oder aus Gewebe oder aus Metall aufgebaut sein. Beispiele für letzteres wären Dekorschichten aus aluminiumartigem Material oder aus Chrom. Es können aber prinzipiell auch andere Dekorschichten vorgesehen sein. Die Dekorschicht kann ebenfalls bei Bedarf mit Harz getränkt sein, wobei die gleichen Harze möglich sind, die auch schon im Zusammenhang mit der Zwischenlage erwähnt wurden.
Die auf der Zwischenlage oder der Dekorschicht angeordnete hitzegehärtete Deckschicht enthält vorzugsweise einen duroplastischen Kunststoff. solche duroplastische Kunststoffe bestehen beispielsweise aus Acrylharz, Phenolharz, Melaminharz oder Harnstoffharz. Diese Harze werden normalerweise auf ein Papier aufgetragen, das sich dann damit voll saugt. Durch den Druck und die Hitze bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundmaterials vernetzt sich dann der duroplastische Kunststoff und führt zu einer besonders unempfindlichen Oberfläche gegen mechanische Einwirkungen. Das Gewicht der hitzegehärteten Schicht liegt erfindungsgemäß im Bereich von 15 bis 150 g/m², vorzugsweise von 20 bis 70 g/m².
Das modulare Konzept der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Oberfläche des erfindungsgemäßen Verbundmaterials nicht einheitlich gestaltet ist, sondern dass einzelne Module der Rotationstrommel, die sich funktionell und in ihrer optischen Erscheinungsform unterscheiden können, zweckmäßig miteinander kombiniert sind.
In Anlehnung an die bestehende Trommelbauweise, bestehend aus Trommelvorderseite (1), Trommelmantel (2), Trommelrückseite (3) und Mitnehmer (4) wurde ein Aufbau aus Einzelsegmenten aus thermoplastischem Kunststoff, bevorzugt PP und dessen Varianten, speziell für den Trommelmantel entwickelt, bei dem dieser mit den weiteren Modulbauteilen leckluftdicht verbunden werden kann und so die Funktionstüchtigkeit einer entsprechenden Rotationstrommel gewährleistet.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß über 2 Konzepte erreicht.

1. Vollkunststoffmantel unprofiliert gemäß 1 oder Vollkunststoffmantel profiliert, nämlich mit längsseitiger Profilierung der Seitenwand, sog. Omegaprofil, gemäß 2. Dieses Konzept wird vorzugsweise dann eingesetzt, wenn geringere Ansprüche an die mechanische Belastung und/oder den zu erwartenden Abrieb durch Wäsche vorliegen. (2)
2. Laminataufbau des Mantels, wobei wahlweise ein ein- oder zweiseitiger Laminataufbau gewählt werden kann. Dieses Konzept wird insbesondere dann favorisiert, wenn höhere Festigkeitsansprüche, d. h. Durchbiegung der Mantelfläche im Betrieb, und geringerer Verschleiß der Trommelinnenseite gewünscht werden, weil mit diesem Konzept gezielt die Funktionalität der Mantelflächen beeinflusst werden kann. Ferner ist es möglich, die Trommelinnenseite mit einer behandelten Metallfolie auszukleiden, um so eine metallische Oberfläche zu erhalten.

Weil bei der Herstellung des zylindrischen Trommelmantels dieser Laminatverbund gebogen wird, wenn man ihn über einen kostengünstigen Extrusionsprozess mit anschließender Kaschierung herstellt, muss der Aufbau dieses Laminates so gewählt sein, dass er die Biegebeanspruchung unversehrt übersteht. Es müssen nämlich zwei grundsätzlich verschiedene Eigenschaften des Verbundes erzielt werden. Während aus Festigkeitsgründen eine möglichst geringe Durchbiegung des Trommelmantels in der Trommellängsachse gewünscht wird, soll der Biegevorgang in Umfangsrichtung mit möglichst wenig Aufwand (geringe Kosten) möglich sein. In zahlreichen Versuchen zeigte sich überraschend, dass das beste Ergebnis, nämlich hohe Längssteifigkeit bei geringer Umfangsbiegekraft, dadurch erzielt werden kann, indem man als Basismaterial (Kunststoff) für den Laminatverbund ein sehr weiches PP benutzt, welches im sog. CATALLOY-Prozess^® Fa. Basell hergestellt wird und dieses Basismaterial auf der Trommelaußenseite mit einem Gegenzug versieht, der streifenförmig in Längsrichtung ausgerichtet ist. Dieser Aufbau ist in 3 dargestellt und im Zusammenhang mit der Erläuterung zu 3 im Detail beschrieben. Der prinzipielle Aufbau und das Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Laminates ist beschrieben in EP-A 1 060 877 .
Im Bedarfsfall kann der so aufgebaute Mantel mit Durchbrüchen versehen sein, die beispielsweise während einem dem Extrusionsprozess nachgeschalteten Stanzvorgang oder beim Biegeprozess angebracht werden.
Auch die Herstellung des Mantels mittels Spritzgießen, insbesondere Hinterspritzen von eingelegten Folien, ist möglich, vor allem dann, wenn die erfindungsgemäße Rotationstrommel aus mehreren Einzelsegmente zusammengefügt wird, die vorher einzeln herstellt werden. In dieser Variante kann ein bereits mit einer Krümmung versehenes Mantelsegment hergestellt werden, was einen zusätzlichen, nachgeschalteten Biegevorgang überflüssig macht. Die mögliche Integration der Mitnehmer ist durch den nachgeschalteten Vorgang des Zusammenfügens der Einzelsegmente nicht beeinflusst.
Auf jeden Fall müssen die Enden der gebogenen Mantelflächen spaltfrei miteinander verbunden sein, um Beschädigungen der Wäschestücke zu vermeiden und um Leckströmung zu minimieren.
Erreicht wird dies entweder

a) über ein Verschweißen der stumpfen Enden der Mantelteile,
b) oder über die Verwendung eines Fügeprofils aus Metall oder Kunststoff,
c) oder über eine Kombination beider Methoden.

Das Verbindungskonzept über die Verwendung eines Profilstückes kann darüber hinaus dazu benutzt werden, um dieses mit Mitnehmern zu verbinden, die für die Funktionsweise der Rotationstrommel in einem Trockner benötigt werden. So wird erfindungsgemäß erreicht, dass ohne zusätzliche Bauteile der Mantel kostengünstig hergestellt werden kann. Um den Rundlauf der Rotationstrommel zu verbessern kann die Rückseite des Profils dem Trommelradius angepasst werden.
Die Erfindung betrifft deshalb auch ein Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Verbundmaterials nach der Technik des Hinterspritzens. Um die Trägerschicht, die typischerweise eine Schichtdicke im Bereich von 0,01 bis 20 mm besitzt, und die Zwischenlage und die hitzegehärtete Deckschicht zu einem fest haftenden Verbund zu verbinden, wird bei der Technik des Hinterspritzens das Material für die hitzegehärtete Schicht, die Dekorschicht und die Zwischenlage der einen Seite in eine Hälfte eines Spritzgießwerkzeuges und, wo gewünscht, das Material für die hitzegehärtete Deckschicht und die Zwischenlage der anderen Seite in die andere Hälfte des Spritzgießwerkzeuges vorgelegt. Nach dem Schließen des Werkzeuges wird der thermoplastische Kunststoff mit einer Temperatur im Bereich von 150 bis 330°C und unter hohem Druck von 5 bis 2500 bar (= 0,5 bis 250 MPa) in die Kammer zwischen die beiseitigen Zwischenschichten gespritzt. Die Werkzeugtemperatur beträgt in der Regel 8 bis 160°C beidseitig. Nachdem der thermoplastische Kunststoff unter den angegebenen Bedingungen eingespritzt wurde, wird das Werkzeug auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Die Kühlzeit dafür liegt im Bereich von 0,01 bis 5,0 min.
Nach einer anderen Verfahrensvariante werden ein Fertiglaminat mit einer Schichtdicke im Bereich von 0,02 bis 3,0 mm oder alternativ dazu Einzelfolien (Overlay, Dekorpapier, Harz) zunächst mit einem Vlies (ca. 30 g/qm; Metallocenpolymer, ^®Novolen) kaschiert. Danach wird Material für ein weiteres Fertiglaminat in gewünschter Dicke und Geometrie vorgefertigt. Dann werden beide Varianten in die jeweils gegenüberliegenden Werkzeughälften einer Spritzgusskammer eingelegt, das Werkzeug geschlossen und dann der thermoplastische Kunststoff mit einer Temperatur von mindestens 170°C und einem Druck von mindestens 50 bar (5 MPa) dazwischen in die Kammer eingespritzt.
Bei einem Pressvorgang läuft prinzipiell der gleiche Vorgang ab. Der einzige Unterschied besteht darin, dass man den thermoplastischen Kunststoff in Granulatform zwischen die einzelnen, in der Schichtreihenfolge eingelegten Folien einbringt und mit mindestens 5 bar Druck und einer beidseitigen Temperatur der Presse von mindestens 100°C und einer Druckzeit von mindestens 30 sec beaufschlagt.
Die gleiche Vorgehensweise hat sich bei Spritzprägen und Spritzpressen in der Praxis hervorragend bewährt.
Um die Erfindung für den Fachmann noch deutlicher zu erläutern, wird in den beigefügten Zeichnungen das Prinzip des modularen Konzeptes beim Aufbau und beim Herstellen verschiedener Rotationstrommeln für Haushaltsgeräte im Detail dargestellt.
1 zeigt schematisch das einfachste Konzept einer Rotationstrommel mit einem gebogenen Mantel.
Mit Bezugszeichen ist im Einzelnen ein Trommelmantel 2 aus PP dargestellt. In diesem Fall wird für den Trommelmantel 2 ein mit 20 Gew.-% Talkum verstärktes PP-Copolymerisat aus 95 mol-% Propylen und 5 Mol-% Ethylen mit einem MFR_230/2,16 von 15 g/10 min eingesetzt. Das PP-Copolymerisat wird zu einer Platte entsprechenden Maßes extrudiert und anschließend in Zylinderform gebogen. Die Dicke der Platte ist abhängig von der geforderten Festigkeit. Sie wird jedoch ein Minimum von 0,5 mm nicht unterschreiten. Die seitlichen Plattenenden 21 werden anschließend entweder in Längsrichtung miteinander verschweißt, beispielsweise über ein Heizelement oder über ein Verbindungsprofil 22 aus Metall oder Kunststoff miteinander verbunden. Bei Verwendung eines Verbindungsprofils 22 aus PP ist auch ein zusätzliches Verschweißen von Platte und Profil möglich.
Anschließend werden die Mitnehmer 4 montiert. Dies kann über eine Steckverbindung oder aber auch über Verschweißen der Einzelteile miteinander erfolgen. Sowohl der Mitnehmer 4 als auch der Trommelmantel 2 bestehen vorzugsweise aus der gleichen PP-Type.
Wird das Schweißverfahren zur Montage gewählt, dann kann es günstig sein, die Mitnehmer 4 an die Fläche des Trommelmantels 2 anzuschweißen, bevor der Trommelmantel 2 über die seitlichen Plattenenden 21 verschweißt oder über ein Steckprofil 22 zu einem geschlossenen Zylinder verbunden wird.
Danach wird dann der zylindrische Trommelmantel 2 mit den separat im Thermoplastspritzguss hergestellten Teilen Vorderwand 1 und Rückwand 3 verschweißt.
Die Rückwand 3 kann ebenso wie die Vorderwand 1 Durchbrüche enthalten, um die Luftführung zu optimieren. Hierzu kann ebenfalls das Heizelementschweißen herangezogen werden. Allerdings besteht, aufgrund der Rotationssymmetrie der Teile, auch die Möglichkeit die Teile mittels Rotationsschweißverfahren zu verbinden. Auch andere Verbindungstechnologien sind denkbar, allerdings ist ein Verschweißen der Einzelteile miteinander erfindungsgemäß bevorzugt, weil über den Schweißprozess eine Leckluftdichtheit der Rotationstrommel erzielt wird.
Der Einsatz von glasfaserverstärktem PP für die Einzelsegmente der Rotationstrommel ist möglich, aber aus wirtschaftlichen Gründen abhängig von den mechanischen Anforderungen an die Bauteile
2 zeigt schematisch ein weiteres Konzept einer Rotationstrommel mit einem wellenförmig geformten Mantel.
Gleiche Bezugszeichen haben in 2 die gleiche Bedeutung wie in 1. Durch eine längsseitige Profilierung 23, die in Vergrößerung dargestellt ist, wird die Biegesteifigkeit des Trommelmantels 2 entlang der Längsachse erhöht, so dass diese Konzeption (abhängig von der Gestaltung der Profilierung) bei höheren mechanischen Belastungen eingesetzt werden kann, oder man im Vergleich zur der in 1 gezeigten Variante ggf. eine Reduzierung der Wandstärke oder den Einsatz eines Materials mit geringerer Festigkeit in Betracht ziehen kann.
3 zeigt schematisch ein weiteres Konzept einer Rotationstrommel.
3 beschreibt eine Trommel für einen Wäschetrockner mit einem Trommelmantel 2 aus PP, ähnlich dem Aufbau aus 1. Die gezeigte Trommel besteht aus der Vorderwand 1, dem Trommelmantel 2, der Rückwand 3 und einem als Mitnehmer 4 ausgebildeten Kunststoffprofil. In der Variante der Erfindung gemäß 3 ist der Trommelmantel 2 aus einer extrudierten und anschließend kaschierten Platte, die ggf. zusätzlich profiliert oder gelocht 27 sein kann, gefertigt. Durch die zusätzliche Kaschierung mit einer einseitig innen oder einseitig außen oder mit mehreren zweiseitig aufgebrachten und fest mit dem Basismaterial verbundenen Laminatschicht(en) erhöht sich die Biegesteifigkeit der Trommel in Längsrichtung beträchtlich. Zusätzlich dazu erhält man bei Verwendung eines Laminates auf der Mantelinnenseite, dargestellt als innere Laminatschicht 5, eine Deckschicht auf dem PP mit verbesserter Abriebfestigkeit. Bei Verwendung eines Metall-Laminates schafft man zusätzlich noch ein metallisches, d. h. für den Endverbraucher höherwertiges Aussehen, der Innentrommel und kann über eine entsprechende Erdung der Innenseite eine statische Aufladung vermeiden.
Da ein beidseitig geschlossener Laminatverbund eine außergewöhnlich hohe Biegesteifigkeit zeigt und nur mit sehr hohem Aufwand in eine Zylinderform gebracht werden kann, ist das Laminat auf der Trommelaußenseite streifenförmig, längs in Richtung der Trommellängsachse, angeordnet und dargestellt als äußere Laminatschicht 6.
In 3 ist darüber hinaus dargestellt, wie zum Verbinden der Mantel-Plattenenden die Mitnehmer 4 als Kunststoffprofile ausgestaltet werden können, wenn man in diese ein entsprechendes Profil integriert. Die Vergrößerung 26 links zeigt die Verbindung vor dem Montagevorgang, während die Vergrößerung 26 rechts die Verbindung nach dem Zusammenfügen der Plattenenden zeigt. So kann auf einen Schweißvorgang bei der Montage der Plattenteile mit den Mitnehmern 4 verzichtet werden. Selbstverständlich kann aber eine Verschweißung gleichwohl durchgeführt werden, wenn sich diese als sinnvoll erweisen sollte.
Die Anzahl der einzusetzenden Mitnehmer 4 oder Plattenteile ist frei wählbar. Üblicherweise werden zwei Mitnehmer 4 mit zwei Plattenteilen kombiniert, wobei aber durchaus auch die Kombination von drei oder vier Mitnehmern 4 mit drei oder vier Platten einsetzbar ist.
Um die Rotationseigenschaften des Gesamtsystems zu verbessern können die als Kunststoffprofile ausgestalteten Mitnehmer 4 mit einem dem Trommelradius entsprechenden Radius ausgeführt werden.
Diese Ausführungsform sollte auch für den Einsatz als Wäschetrommel in Waschmaschinen ausreichen, vor allem dann, wenn man glasfaserverstärktes PP als Werkstoff für Vorderwand 1 und/oder Rückwand 3 einsetzt.
4 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Trommel mit einem vierteiligen Aufbau.
4 beschreibt eine Trocknertrommel, die in vier einzelne Segmente 24 aufgeteilt ist, wobei an den Trommelmantel 2 aus PP in der Zeichnung nicht dargestellte Segmente für Vorderwand und Rückwand angeformt sind.
Die Segmente 24 werden im Spritzgießverfahren hergestellt, indem einseitig mit innenliegender Laminatschicht 5 oder außenliegender Laminatschicht 6 oder zweiseitig mit innenliegender Laminatschicht 5 und außenliegender Laminatschicht 6 wie in 3 bereits gezeigt Laminat mit PP hinterspritzt und kraftschlüssig verbunden wird. In Vergrößerung ist eine wellenförmige Struktur 23 dargestellt.
Auch in der Darstellung nach 4 benutzt man Mitnehmer 4, die als Kunststoffprofile ausgestaltet sind zur Montage der einzelnen Trommelsegmente 24. Die Anzahl der einzusetzenden Mitnehmer 4 und Segmente 24 ist frei wählbar. Um die Formteilentformung im Spritzgießprozess nicht unnötig zu erschweren sollten mindestens zwei, besser noch drei, Mitnehmer 4 mit zwei oder besser noch drei Segmenten 24 kombiniert werden, wobei aber auch die Kombination von vier oder mehr Mitnehmern 4 mit vier oder mehr Segmenten 24 möglich ist.
Um die Rotationseigenschaften des Gesamtsystems zu Verbessern, können die Mitnehmer 4 mit integriertem Verbindungsprofil mit einem dem Trommelradius 25 entsprechenden Radius ausgeführt werden.
Diese Konzeption sollte auch für den Einsatz als Wäschetrommel in Waschmaschinen ausreichen, vor allem dann, wenn glasfaserverstärktes PP als Werkstoff für die Segmente 24 benutzt wird.
5 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Trommel mit einem weiteren vierteiligen Aufbau.
5 beschreibt, wie 4, eine Trocknertrommel aufgeteilt in einzelne Segmente 24, wobei an den Trommelmantel 2 aus PP entsprechende Segmente für die in 5 nicht dargestellte Vorderwand 1 und Rückwand 3 angeformt sind.
Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach 4 ist in 5 der Trommelmantel 2 so gestaltet, dass sich im zusammengefügten Zustand eine mitnehmerartige Kontur 8 ergibt, welche als Wäschemitnehmer wirken kann, so dass die Herstellung eines separaten Mitnehmers nicht mehr erforderlich ist. Das kann in der Produktion im Betrieb zu weiterer Kostenreduzierung führen. Die Verbindung der Einzelsegmente erfolgt über einen Verschweißungsvorgang.
Die Anzahl der einzusetzenden Segmente 24 ist frei wählbar. Um die Formteilentformung im Spritzgießprozess nicht unnötig zu erschweren sollten mindestens drei, besser noch vier, Mitnehmer 4 mit drei, besser noch vier, Segmenten 24 kombiniert werden, wobei aber prinzipiell auch die Gestaltung von fünf oder mehr Segmenten 24 erfindungsgemäß möglich ist.
Diese Konzeption sollte auch für den Einsatz als Wäschetrommel in Waschmaschinen ausreichen, insbesondere dann, wenn glasfaserverstärktes PP als Werkstoff für die Segmente 24 eingesetzt wird.

1: Vorderwand
2: Trommelmantel
3: Rückwand
4: Mitnehmer
5: innenliegende Laminatschicht
6: außenliegende Laminatschicht (ggf. in Streifenform)
8: spezielle an das Trommelsegment angeformte Kontour, bildet den Mitnehmer 4
21: verschweißte Plattenenden
22: verschweißtes Steckprofil zur Verbindung der Plattenenden
23: profilierter Trommelmantel
24: Trommelsegmente
25: Trommelradius
26: links u. rechts. Verbindung der Plattenenden über Steckprofil mit integriertem Mitnehmer
27: gelochter Trommelmantel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10253113 [0004]
- DE 19529240 [0024]
- EP 427697 [0028]
- EP 426638 [0029]
- EP 1060877 A [0042]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN 66 115 [0014]
- ISO 1133 [0016]
- DIN 1133 [0017]
- DIN 1133 [0018]
- DIN 1133 [0019]
- DIN 1133 [0034]

Claims

Modular konzipierte Rotationstrommel als Innenteil für Elektro- und Haushaltsgeräte, die aus mehreren, geometrisch unterschiedlich geformten Einzelsegmenten aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Einzelsegment mindestens eine Trägerschicht aus einem thermoplastischen Kunststoff enthält, eine darauf angeordnete Zwischenlage und eine hitzegehärtete Deckschicht.
Rotationstrommel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie als thermoplastisches Polymer für die Trägerschicht Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC), Polysulfone, Polyetherketone, Polyester wie Polyethylenterephthalat, Polybutylentherephthalat oder Polyalkylennaphthalat, Polycycloolefine, Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyamide wie Poly-epsilon-Caprolactam oder Polyhexamethylenadipinsäureamid oder Polyhexamethylensebazinsäureamid, Polycarbonat, Polyurethane, Polyacetale wie Polyoxymethylen (POM), oder Polystyrol (PS) oder Mischungen von diesen enthält.
Rotationstrommel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polymer der Trägerschicht zusätzlich eine Menge von 1 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise von 5 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt von 10 bis 40 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht der unteren Trägerschicht, an verstärkenden Füllstoffen enthält.
Rotationstrommel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polymer der Trägerschicht als verstärkende Füllstoffe Bariumsulfat, Magnesiumhydroxid, Talkum mit einer mittleren Korngröße im Bereich von 0,1 bis 10 μm, gemessen nach DIN 66 115, Holz, Flachs, Kreide, Glasfasern, beschichtete Glasfasern, Kurzglasfasern oder Langglasfasern, Glaskugeln oder Mischungen von diesen enthält.
Rotationstrommel nach einem oder nach mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht eine gespritzte oder extrudierte oder gepresste Platte ist, die eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 20 mm, bevorzugt von 2 bis 15 mm, besitzt.
Verfahren zum Herstellen einer Rotationstrommel nach einem oder nach mehreren der Ansprüche 1 bis 5 bei dem nach der Technik des Hinterspritzens das Material für die Zwischenlage, die Dekorschicht und die hitzegehärtete Schicht jeweils in Form flächiger Gebilde vorgelegt und anschließend daran mit dem thermoplastischen Kunststoff für die Trägerschicht durch Hinterspritzen verbunden werden.
Verwendung einer Rotationstrommel nach einem oder nach mehreren der Ansprüche 1 bis 5 als Innenteil für Elektro- und Haushaltsgeräten, bei denen es sich um Waschmaschinen, um Wäschetrockner oder um Wäscheschleudern handelt.