WO2009086853A1 - Verfahren zum herstellen eines formkörpers aus geschäumtem kunststoff und einrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a shaped body made of foamed plastic, in which a granulate is introduced into a cavity formed in the form of a two-part or multipart, openable and closable mold and brought to expand by heating, wherein a) the mold is evacuated after closing by application of negative pressure and preferably after evacuation and after reaching the desired negative pressure, the granules are filled into the mold by means of a filling injector; b) subsequently water vapor at such a temperature and vapor pressure as well as such a vapor pressure in through in the walls of the
- Forming arranged arranged for vapor and air-permeable openings in the still evacuated form is introduced, that the granules are heated by the water vapor and its heat of condensation to a temperature at which the granules expand and foam the mold with the result of a homogeneous sintered together molding; c) finally after the expansion process, the condensed water and the water vapor removed by applying negative pressure of the mold and the molding and the latter is thereby stabilized and cooled to demolding so that it can be ejected from the open mold, and d) that of the mold Cavity supplied or discharged from this vapor is passed through adjacent to the outer surfaces of the mold steam chambers, according to the preamble of claim 1.
- the invention has for its object to provide a method of the type defined in the implementation of several components for generating the vacuum and this particular vacuum pumps, which make a system more expensive and more maintenance-intensive, are no longer necessary.
- Sub-tasks consist in inserting the evacuation measures with a vacuum generating device without vacuum pumps into the sequence of the method steps so that a favorable energy balance can be achieved in the production of moldings even without the use of vacuum pumps.
- the object is achieved in a method according to the preamble of claim 1 by the features specified in the characterizing part of claim 1, namely the fact that by evacuating the mold cavity and the steam chambers and the respective previous flushing out of air contained in said spaces Steam purging via openable and controllable steam valves and the vapor and air permeable openings in the mold wall, as well as via controllable outlet valves and lines, a vacuum tank with an injection cooler of such capacity is used that the evacuation and rinsing operations can be carried out independently with the vacuum tank without the assistance of vacuum pumps, wherein fed through at least one communicating with the mold cavity and the steam chambers, connected to the vacuum tank steam / air line through the vacuum tank the steam and air quantities, from these the steam quantities you Injecting cooling water condensed under vacuum generation and the introduced amounts of air are discharged via at least one check valve (14) to the outside.
- the invention also provides a device for carrying out the method according to claim 1 or one of the following claims, which mutatis mutandis to the same above-stated object as the method according to the invention is based, according to the preamble of claim 6 refers to a device for producing a shaped body made of foamed plastic, in which a in the cavity of a two- or multi-part, open and closable form fillable granules is brought to expand by heating, wherein a) for filling the foaming granules, the mold is connected to a Greinjektor; b) on the input side with the mold cavity via vapor and air permeable openings communicating steam chambers steam valves and corresponding steam lines and air lines with
- Ventilation valves also connected on the output side via exhaust valves and at least one steam / air line, a vacuum device and each associated with a steam chamber each a mold part and are arranged adjacent to the outer surfaces of the mold parts, c) the mold is at least in two parts and the mold cavity halves or parts surrounded mold cavity for ejecting the finished foamed molding and apparently for the purpose of loading with new, expandable granules is again closed.
- the object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of claim 6, namely the fact that for evacuating the mold cavity on the preferably designed as nozzle openings openings and the steam chambers and the respective previous flushing of in this Chambers / chambers contained volumes of air by means of steam rinsing on open and closeable steam valves vacuum tank with injection cooler of such capacity is used that the evacuation and rinsing with the vacuum tank can be carried out independently without the assistance of vacuum pumps, with at least one with the mold cavity and the steam chambers via controllable outlet valves communicating steam / air line through the vacuum tank, the steam and air quantities supplied, from these the amounts of steam condensable by injecting cooling water under vacuum generation and the egg nleited amounts of air via at least one check valve (14) are discharged to the outside.
- F ig. 1 in a simplified, partly schematic representation, omitting the parts not necessary for the understanding of the invention, in elevation, partly in section, a device for producing a molded article with a molding tool, therein located moldings and a to the Mold connected vacuum tank with injection cooler;
- F i g. Fig. 2 shows the detail X of Fig. 1, enlarged, i. a part of the nozzle openings, three spray cones and a section of the mold and the molding, wherein the filling injector is omitted.
- a in the cavity 1.0 of the mold 2 of a two- or multi-part, open and closable form fillable granules 1 ' is brought by heating to expand. Shown is a two-part mold with the two
- Mold tool parts 2a, 2b Particularly suitable plastics for the molded article 1 are polystyrene (EPS) or polypropylene (EPP), the former being heated to about 1 18 ° C. during foaming and exposed to a pressure of about 15 bar.
- EPS polystyrene
- EPP polypropylene
- the corresponding values are 145 ° C and 3.5 bar.
- Cavity 1.0 is this, i. the mold cavity 1.0, connected to a Greinjektor 3. With the mold 2 and the mold cavity 1.0 via openings 4 communicating steam chambers essentially surround the mold 2.
- the openings 4 are preferably formed as nozzle openings and on the wall portions 5a 1, 5b 1 of the mold parts 2a, 2b distributed (from FIG better visible).
- the nozzle orifices 4 (whose nozzle width is, for example, 0.8 mm) are formed, in particular, by nozzle inserts which are placed in mating bores of e.g. 10 mm diameter. This ensures a streamlined, uniform construction for all nozzle openings 4.
- two steam chambers 5a, 5b are provided.
- Steam chamber 5a (first steam chamber) is arranged on the ejection side I of the molded body 1 and enclosed by the first mold part 2a
- steam chamber 5b (second steam chamber) is arranged on the Gearinjektorseite II and enclosed by the second mold part 2b.
- the steam chambers 2 a, 2 b each communicate with the
- the mold cavity 1.0 each communicate with the mold cavity 1.0, compare detail X of FIG. 2.
- the volume of the vacuum tank 10 to the volume of the two steam chambers 5a, 5b and the mold cavity 1.0 will behave at least about 3 to 1.
- the mold or the mold part 2 is in two parts; she could be too
- the mold cavity 1.0 surrounded by the mold halves or parts is in any case evidently able to be ejected again for ejecting the finished foamed molded article 1 and can be closed again for feeding with new, expandable granules.
- spray nozzles are attached to the points 17 (see also Fig. 2), for the purpose Cooling of the mold 2, the mold cavity 1.0 and the molded body 1 therein and the volume of the steam chambers 5a, 5b are arranged for spraying directed across the steam chambers water spray cones 17a.
- a spray nozzle line 18 for a plurality of spray nozzles 17, and on the outer sides of the mold 2 are each connected to a spray nozzle line 18 spray valves 19a, 19b attached.
- the two-part or multi-part mold halves 2a, 2b are closed. Subsequently, by opening the steam valves 6a, 6b by introducing steam, the air is purged from the steam chambers 5a and 5b and from the vacuum tank 10 via the check valve 14. Immediately before filling the granules (V) in the mold cavity 1.0 is delayed in time for rinsing in closing steam valves (6a, 6b) by water injection into the vacuum tank (10) a water vapor condensation and thus in a first evacuation a negative pressure of preferably about 0.2 to 0.1 bar in the tank (10) and in the associated mold cavity (1.0) brought about.
- an expandable or compressible granulate 1 'with overpressure of up to 3 bar is filled into the mold cavity 1.0 via the filling injector 3.
- Vent valve 12a is closed. Opposite, by opening the venting valve 12b, the steam chamber 5b is filled with atmospheric air. By alternately acting on the steam chamber 5b with vacuum and the opposite steam chamber 5a with atmospheric air or vice versa and each short-term opening and closing of the mold 2 after each of these steps by a few millimeters loosening of the molded body 1 is achieved. During repeated opening of the molded body 1 is released from the two mold parts 2a and 2b and can then be removed from the mold with the assistance of Auswerstst Schemeel 21. As already mentioned, the following are used in particular as foamable plastics in granular form:
- P o l y s ty r o l which is referred to in expanded form as EPS, wherein the expansion temperature at about 1 18 ° C and the expansion pressure at about 1, 5 bar; or P o lp rop y l e n (abbreviation: PP), in expanded form referred to as EPP, wherein the expansion temperature at about 145 ° and the expansion pressure at about 3.5 bar.
- the foamed plastics with their porous, cell-like structure differ from compact plastics in particular due to their lower density, furthermore reduced thermal conductivity, improved sound absorption and easy mechanical processing.
- PS and PP belong to the group of thermoplastic polymers. In foamed form they have great importance as heat and sound insulating materials as well as packaging and cushioning materials.
- the plastics mentioned are preferred examples, without, for example, other suitable plastics, such as polyurethanes, which are used for the production of flexible polyurethane foams and rigid polyurethane foams, are excluded.
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Abstract
Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers aus geschäumtem Kunststoff und Einrichtung zu dessen Durchführung. Beim Verfahren wird der Form-Hohlraum (1.0) von Dampfkammern (5a, 5b) umgeben. Das Evakuieren des Form-Hohlraumes und der Dampfkammern und das jeweils vorangehende Herausspülen von in den genannten Räumen enthaltenen Luftmengen mittels Wasserdampf-Spülung vollzieht sich über auf- und zu steuerbare Dampfventile (6a, 6b) und Düsenöffnungen (4) in den Formwerkzeugwänden (5al, 5bl) sowie unter Verwendung eines Vakuumtanks (10) mit Einspritzkühler (13) solcher Kapazität, daß die Evakuierungs- und Spülvorgänge mit dem Vakuumtank autark ohne Unterstützung durch Vakuumpumpen durchführbar sind. Durch mindestens eine mit dem Form-Hohlraum (1.0) und den Dampfkammern (5a, 5b) kommunizierende, an den Vakuumtank (10) angeschlossene Dampf-/ Luftleitung (9) hindurch werden dem Vakuumtank (10) die vom Form-Hohlraum (1.0) und den Dampfkammern (5a, 5b) stammenden Dampf- und Luftmengen zugeführt, von diesen die Dampfmengen durch Einspritzen von Kühlwasser unter Vakuumerzeugung kondensiert und die eingeleiteten Luftmengen über mindestens ein Rückschlagventil (14) nach außen abgeführt. Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens verkörpert ein "High Efficiency Motorless Vacuum System'.
Description
Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers aus geschäumtem Kunststoff und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers aus geschäumtem Kunststoff, bei dem in eine in den Hohlraum einer als zwei- oder mehrteiliges, offen- und schließbares Formwerkzeug ausgebildeten Form ein Granulat eingefüllt und durch Erhitzen zum Expandieren gebracht wird, wobei a) die Form nach dem Schließen durch Anlegen von Unterdruck evakuiert und vorzugsweise nach dem Evakuieren und nach Erreichen des gewünschten Unterdrucks das Granulat mittels eines Füllinjektors in die Form eingefüllt wird; b) anschließend Wasserdampf mit einer solchen Temperatur und Dampfnässe sowie einem solchen Dampfdruck in durch in den Wänden des
Formwerkzeugs angeordnete, für Dampf und Luft durchlässige Öffnungen in die noch evakuierte Form eingebracht wird, daß das Granulat durch den Wasserdampf und dessen Kondensationswärme auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der das Granulat expandiert und die Form mit dem Ergebnis eines homogenen, zusammengesinterten Formkörpers ausschäumt; c) schließlich nach dem Expansionsvorgang das kondensierte Wasser und der Wasserdampf durch Anlegen von Unterdruck der Form und dem Formkörper entzogen und letzterer dadurch stabilisiert und auf Entformungstemperatur abgekühlt wird, so daß er aus der geöffneten Form ausgestoßen werden kann, und wobei d) der dem Form-Hohlraum zugeführte oder von diesem abgeführte Dampf durch an Außenflächen der Form angrenzende Dampfkammern geleitet wird,, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Verfahren sowie eine Einrichtung zu dessen Durchführung sind im wesentlichen bekannt durch die EP-O 259 597 A2.. Das Vakuum wird bei dem bekannten Verfahren durch die kombiniert eingesetzten Komponenten einer Kühlkammer, eines Vakuumbehälters und einer Vakuumpumpe bereit gehalten bzw. erzeugt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs definierten Art anzugeben, bei dessen Durchführung mehrere Komponenten zur Erzeugung des Vakuums und hierbei vor allem Vakuumpumpen, welche eine Anlage teurer und wartungsintensiver machen,
nicht mehr erforderlich sind. Unteraufgaben bestehen darin, die Evakuierungsmaßnahmen mit einer ohne Vakuumpumpen auskommenden Vakuum-Erzeugungseinrichtung in die Abfolge der Verfahrensschritte so einzufügen, daß auch ohne Verwendung von Vakuumpumpen ein günstiger Energiehaushalt bei der Herstellung von Formkörpern erreicht werden kann. Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst, nämlich dadurch, daß beim Evakuieren des Form-Hohlraumes und der Dampfkammern und zum jeweils vorangehenden Herausspülen von in den genannten Räumen enthaltenen Luftmengen mittels Wasserdampf-Spülung über auf und zu steuerbare Dampfventile und die für Dampf und Luft durchlässigen Öffnungen in der Formwerkzeug- Wand sowie über auf und zu steuerbare Auslaß- Ventile und -Leitungen ein Vakuumtank mit einem Einspritzkühler solcher Kapazität verwendet wird, daß die Evakuierungs- und Spülvorgänge mit dem Vakuumtank autark ohne Unterstützung durch Vakuumpumpen durchführbar sind, wobei durch mindestens eine mit dem Form-Hohlraum und den Dampfkammern kommunizierende, an den Vakuumtank angeschlossene Dampf-/ Luftleitung hindurch dem Vakuumtank die Dampf- und Luftmengen zugeführt, von diesen die Dampfmengen durch Einspritzen von Kühlwasser unter Vakuumerzeugung kondensiert und die eingeleiteten Luftmengen über mindestens ein Rückschlagventil (14) nach außen abgeführt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, welcher sinngemäß die gleiche oben angegebene Aufgabe wie dem Verfahren nach der Erfindung zugrundeliegt, die sich gemäß Oberbegriff des Anspruchs 6 bezieht auf eine Einrichtung zum Herstellen eines Formkörpers aus geschäumtem Kunststoff, bei dem ein in den Hohlraum einer zwei- oder mehrteiligen, offen- und schließbaren Form einfüllbares Granulat durch Erhitzen zum Expandieren gebracht wird, wobei a) zum Einfüllen des aufzuschäumenden Granulats die Form mit einem Füllinjektor verbunden ist; b) an mit dem Form-Hohlraum über für Dampf und Luft durchlässige Öffnungen kommunizierende Dampfkammern eingangsseitig Dampfventile und entsprechende Dampfleitungen sowie Luftleitungen mit
Belüftungsventilen, ferner ausgangsseitig über Auslaßventile und mindestens eine Dampf-/ Luftleitung eine Vakuumeinrichtung angeschlossen und je eine Dampfkammer je einem Formwerkzeugteil zugeordnet und an die Außenflächen der Formwerkzeugteile angrenzend angeordnet sind,
c) die Form mindestens zweiteilig und der von den Formwerkzeughälften oder -teilen umgebene Form-Hohlraum zum Auswerfen des fertig ausgeschäumten Formkörpers offenbar und zwecks Beschickens mit neuem, expandierbarem Granulat wieder schließbar ist. Bei einer vorstehend zitierten gattungsgemäßen Einrichtung wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 6 angegebenen Merkmale gelöst, nämlich dadurch, daß zum Evakuieren des Form-Hohlraumes über die vorzugsweise als Düsenöffnungen ausgebildeten Öffnungen und der Dampfkammern und zum jeweils vorangehenden Herausspülen von in diesen Räumen/ Kammern enthaltenen Luftmengen mittels Wasserdampf-Spülung über offen- und schließbare Dampfventile ein Vakuumtank mit Einspritzkühler solcher Kapazität verwendet ist, daß die Evakuierungs- und Spülvorgänge mit dem Vakuumtank autark ohne Unterstützung durch Vakuumpumpen durchführbar sind, wobei durch mindestens eine mit dem Form-Hohlraum und den Dampfkammern über steuerbare Auslaßventile kommunizierende Dampf-/ Luftleitung hindurch dem Vakuumtank die Dampf- und Luftmengen zuführbar, von diesen die Dampfmengen durch Einspritzen von Kühlwasser unter Vakuumerzeugung kondensierbar und die eingeleiteten Luftmengen über mindestens ein Rückschlagventil (14) nach außen abführbar sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Einrichtung nach der Erfindung sind in den Ansprüchen 7 bis 11 angegeben. - Die mit dser Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß durch den direkten Anschluß des Vakuum tanks (über Auslaßventile) an die Dampfkammern (bei einem zweiteiligen Formwerkzeug an die erste und zweite Dampfkammer) die Abkühlvorgänge des Formkörpers intensiviert werden können. Dies insbesondere dadurch, daß mit dem autarken Vakuumtank und dem zugehörigen Einspritzkühler ein relativ großvolumiger, zuverlässiger Vakuumerzeuger sowie Dampf- und Kühl- luftbeförderer zur Verfügung steht, wodurch das Verfahren und die Einrichtung zu ihrer
Durchführung sehr zuverlässig und unabhängig von Störungen oder Wartungsintervallen bei Vakuumpumpen gestaltet werden können.
Weitere Merkmale und Vorteile des Erfindungsgegenstandes, die Verfahrensschritte sowie Aufbau und Wirkungsweise der Einrichtung werden im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
F i g . 1 in vereinfachter, z.T. schematischer Darstellung, unter Fortlassung der für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Teile, im Aufriss, z.T. im Schnitt, eine Einrichtung zum Herstellen eines Formkörpers mit Formwerkzeug, darin befindlichem Formkörper und einem an das
Formwerkzeug angeschlossenen Vakuumtank mit Einspritzkühler;
F i g . 2 die Einzelheit X aus Fig. 1 , vergrößert, d.h. einen Teil der Düsenöffnungen, drei Sprühkegel und einen Ausschnitt der Form und des Formkörpers, wobei der Füllinjektor weggelassen ist. Im folgenden werden zunächst der Aufbau der Einrichtung und sodann ihre Wirkungsweise und der Verfahrensablauf beschrieben.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung zum Herstellen eines Formkörpers 1 aus geschäumtem Kunststoff wird ein in den Hohlraum 1.0 des Formwerkzeugs 2 einer zwei- oder mehrteiligen, offen- und schließbaren Form einfüllbares Granulat 1' durch Erhitzen zum Expandieren gebracht. Dargestellt ist eine zweiteiliges Formwerkzeug mit den beiden
Formwerkzeugteilen 2a, 2b. Als Kunststoffe für den Formkörper 1 kommen insbesondere Polystyrol (EPS) oder Polypropylen (EPP) in Betracht, wobei ersteres beim Aufschäumen auf ca. 1 18° C aufgeheizt und einem Druck von etwa 1 15 bar ausgesetzt wird. Bei EPP sind die entsprechenden Werte 145° C und 3,5 bar. Zum Einfüllen des aufzuschäumenden Granulats 1' in die Form 2 bzw. in den Form-
Hohlraum 1.0 ist diese, d.h. der Form-Hohlraum 1.0, mit einem Füllinjektor 3 verbunden. Mit der Form 2 und dem Form-Hohlraum 1.0 über Öffnungen 4 kommunizierende Dampfkammern umgeben im wesentlichen die Form 2. Die Öffnungen 4 sind vorzugsweise als Düsenöffnungen ausgebildet und über die Wandpartien 5a 1, 5b 1 der Formwerkzeugteile 2a, 2b verteilt (aus Fig. 2 besser ersichtlich). Die Düsenöffnungen 4 (deren Düsenweite z.B. 0,8 mm beträgt) werden insbesondere durch Düseneinsätze gebildet, die in passenden Bohrungen von z.B. 10 mm Durchmesser sitzen. Dadurch wird eine strömungsgünstige, gleichförmige Bauweise für alle Düsenöffnungen 4 gewährleistet. Bei dem dargestellten zweiteiligen Formwerkzeug 2 für die Form sind zwei Dampfkammern 5a, 5b vorgesehen. Dampfkammer 5a (erste Dampfkammer) ist auf der Auswerfseite I des Formkörpers 1 angeordnet und vom ersten Formwerkzeugteil 2a umschlossen, Dampfkammer 5b (zweite Dampfkammer) ist auf der Füllinjektorseite II angeordnet und vom zweiten Formwerkzeugteil 2b umschlossen. Mit den Dampfkammern 2a, 2b kommunizieren jeweils eingangsseitig Dampfventile 6a, 6b und entsprechende Dampfleitungen 7a, 7b, welch letztere in die gemeinsame Dampfleitung 7 übergehen. Auslaßseitig kommunizieren die Dampfkammern 2a, 2b jeweils mit den
Auslaßventilen 8a bzw. 8b, deren Dampf-/Luftleitungen 9a, 9b in die gemeinsame, in den Vakuumtank 10 mündende DampfVLuftleitung 9 übergehen. Ferner sind an die Dampfkammern 5a, 5b jeweils Luftleitungen 1 Ia bzw. 1 Ib mit Belüftungsventilen 12a, 12b
angeschlossen. Über die erwähnten Düsenöffhungen 4 können die beiden Dampfkammer 2a,
2b jeweils mit dem Form-Hohlraum 1.0 kommunizieren, vergl Detail X nach Fig. 2. Generell gilt, daß das Volumen des Vakuumtanks 10 zum Volumen der beiden Dampfkammern 5a, 5b und des Formhohlraums 1.0 sich mindestens etwa wie 3 zu 1 verhalten. Wie erwähnt, ist die Form bzw. der Formwerkzeugteil 2 zweiteilig; sie könnte auch im
Bedarfsfalle nicht nur aus zwei sondern aus mehr als zwei Formwerkzeugteilen bestehen. Der von den Formhälften oder -teilen umgebene Form-Hohlraum 1.0 ist jedenfalls zum Auswerfen des fertig ausgeschäumten Formkörpers 1 offenbar und zum Beschicken mit neuem, expandierbarem Granulat wieder schließbar. Z um Evakuieren des Form-Hohlraumes 1.0 über die Düsenöffhungen 4 und der
Dampfkammern 5a, 5b und zum jeweils vorangehenden Herausspülen von in diesen Räumen/ Kammern 1.0; 5a, 5b enthaltenen Luftmengen mittels Wasserdampf-Spülung über die öffen- und schließbare Dampfventile 6a, 6b ist der schon erwähnte Vakuumtank iθ mit Einspritzkühler 13 solcher Kapazität verwendet, daß die Evakuierungs- und Spülvorgänge mit dem Vakuumtank 10 autark ohne Unterstützung durch Vakuumpumpen durchführbar sind, wobei durch mindestens eine mit dem Form-Hohlraum 1 0 und den Dampfkammern 5a, 5b über die steuerbaren Auslaßventile 8a, 8b kommunizierende Dampf-/ Luftleitung 9 hindurch dem Vakuumtank 10 die vom Form-Hohlraum 1 0 und von den Dampfkammern 5a, 5b stammenden Dampf und Luftmengen zuführbar, von diesen die Dampfmengen durch Einspπtzen von Kühlwasser unter Vakuumerzeugung kondensierbar und die eingeleiteten Luftmengen über mindestens ein Rückschlagventil 14 nach außen abführbar sind Das dem Einspritzkühler 13 zugeordnete Einspπtzkühler- Ventil ist mit 13a, die Einspritzdüse mit 13b und der schematisch dargestellte Sprühkegel mit 13c bezeichnet. Am Grunde des Vakuumtanks 10 ist die Ablaßleitung 15 angeschlossen, welche über das Auslaßventi 15a in das Fallrohr 16 mündet. In den oberen Bereich des Fallrohrs mündet über ein Leitungsstück 14a das an den Vakuumtank 10 angeschlossene Rückschlagventil 14.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß bei dem dargestellten zweiteiligen Formwerkzeug 2 die beiden Formwerkzeugteile 2a, 2b die erste bzw. zweite Dampfkammer 5a bzw. 5b praktisch umschließen und je eine Innenwand 5al bzw. 5b 1 der Dampfkammern von den an den Form- Hohlraum 1.0 direkt angrenzenden Formwerkzeug-Wanden gebildet ist. Auf der der Form- Auswerfseite I entgegengesetzten Seite II (Fülhnjektor-Seite) des Form-Hohlraumes 1.0 ist der durch die Formwerkzeug- Wand 5b 1 in den Form-Hohlraum 1.0 mündender Füllinjektor 3 für Granulat angeordnet, welcher die Außenwand 5b2 des Formwerkzeugs 2 und die zweite
Dampfkammer 5b dampfdicht durchdringt. Wie man sieht, sind beide Formwerkzeug-Wände 5a 1, 5b 1 mit den Düsenöffhungen 4 versehen. Dadurch wird eine schnelle gut steuerbare Aufheizung und Abkühlung des Formkörpers 1 gewährleistet.
An den Innenseiten der Außenwände 5a2, 5b2 des Formwerkzeugs 2, vorzugsweise auf der Auswerf-Seite I und der gegenüberliegenden Seite II, sind (wegen ihrer kleinen Größe nicht erkennbare) Sprühdüsen an den Stellen 17 befestigt (siehe auch Fig. 2), die zwecks Kühlung der Form 2, des Form-Hohlraumes 1.0 und des darin befindlichen Formkörpers 1 sowie des Volumens der Dampfkammern 5a, 5b-zum Versprühen von quer zu den Dampfkammern gerichteten Wasser-Sprühkegeln 17a eingerichtet sind. Jeweils an der Innenseite der Formwerkzeug- Außenwände 5a2, 5b2 ist eine Sprühdüsen-Leitung 18 für mehrere Sprühdüsen 17, und an dem Außenseiten des Formwerkzeugs 2 sind jeweils mit einer Sprühdüsen-Leitung 18 verbundene Sprühventile 19a, 19b befestigt. Mit dem an der Außenwand 5a2 des Formwεrkzeugteils 2a gelagerten Hydraulikzylinder 20 kann man Formwerkzeugteil 2a unter Öffnung der Teilfugen 22 zwischen (2a) und (2b) vom gegenüberliegenden Formwerkzeugteil 2b - nach Lockerung in kleinen hin- und hergehenden Lockerungsbewegungen - abziehen. Mit dem Auswerfer 21 in Form eines aktivierbaren Stössels, gelagert in der Wand 5b2, kann man den Auswerfvorgang des Formkörpers 1 initieren.
Mit der vorstehend geschilderten Einrichtung, auch als „Motorless Vacuum System" zu bezeichnen, kann man das im folgenden erläuterte Verfahren verwirklichen, d.h. das Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers 1 aus geschäumten Kunststoff läuft folgendermaßen ab:
Zunächst werden die zweiteiligen oder auch mehrteiligen Formwerkzeughälften 2a, 2b geschlossen. Anschließend wird durch Öffnen der Dampfventile 6a, 6b durch Einleiten von Wasserdampf die Luft aus den Dampfkammern 5a und 5b sowie aus dem Vakuumtank 10 über das Rückschlagventil 14 ausgespült. Unmittelbar vor dem Einfüllen des Granulats (V) in den Form-Hohlraum 1.0 wird zeitlich verzögert zum Spülvorgang bei sich schließenden Dampfventilen (6a, 6b) durch Wassereinspritzen in den Vakuumtank (10) eine Wasserdampf- Kondensation und damit im Rahmen einer ersten Evakuierung ein Unterdruck von vorzugsweise ca. 0,2 - 0,1 bar im Tank (10) und in dem damit verbundenen Form-Hohlraum (1.0) herbeigeführt.
Nachdem der gewünschte Unterdruck im System erreicht ist, wird über den Füllinjektor 3 ein expandierbares bzw. ein komprimierbares Granulat 1' mit Überdruck von bis zu 3 bar in den Form-Hohlraum 1.0 gefüllt. Durch den im Form Hohlraum 1.0 vorhandenen Unterdruck
und durch den Füllüberdruck wird eine sehr schnelle und gleichmäßige Füllung des Form- Hohlraums 1.0 mit weitestgehend homogener Packungsdichte erreicht.
Nach dem Schließen des Füllinjektors 3 wird über die Dampfventile 6a und 6b Dampf in die Dampfkammern 5a und 5b eingelassen und über den Vakuumtank 10 und das Rückschlagventil 14 die Luft im gesamten System ausgespült. Anschließend wird durch Querbedampfen von beiden Seiten die Luft zwischen den Granulat-Partikeln ausgespült. Danach werden die beiden Auslassventile 8a und 8b geschlossen, und es wird ein Überdruck in den Dampfkammern 5a, 5b von bis zu 3 bar aufgebaut. Dadurch wird im Form-Hohlraum 1.0 ein Dampfdruck mit einer Temperatur entsprechend der Erweichungstemperatur des Granulats 1 ' erzeugt, wobei der Dampf auf dem Granulat kondensiert und die Kondensationsenergie an das Granulat abgegeben wird. Dabei expandiert das Granulat zu einem Formkörper 1 der den Formhohlraum 1.0 vollständig ausfüllt.
Nach dem Expansionsvorgang werden die Dampfventile 6a und 6b geschlossen und die Ablassventile 8a und 8b wieder geöffnet. Der Überdruck wird über das Rückschlagventil 14 am Vakuumbehälter 10 abgebaut. Im gesamten System befindet sich ausschließlich Wasserdampf unter athmosphärischem Druck, der durch Einspritzen von Wasser über das Ventil 13a und Sprühdüse 13b im Vakuumbehälter 10 kondensiert.
Gleichzeitig wird Wasser über die Ventile 19a und 19b in die Kühlleitung 18 und über die Sprühdüsen 17 in die Dampfkammern 5a und 5b eingespritzt und die Werkzeugtemperatur hierdurch geringfügig gesenkt. Das hierbei angefallene Wasser wird über die Ablassventile 8a und 8b in den Vakuumbehälter 10 geleitet und dort gesammelt.
Dadurch entsteht im Form-Hohlraum 1.0 erneut ein Unterdruck. Dieser bewirkt, dass das Kondensat wieder in den dampfförmigen Zustand übergeht und eine Kühlung des Formkörpers 1 eintritt, da die Verdampfungswärme dem Formkörper 1 entzogen und durch Unterdruck umgehend abgeführt wird. Der hierbei entstandene Wasserdampf wird im Vakuumtank 10 durch Wassereinspritzen kondensiert. Dieser Zustand wird während der gesamten Stabilisierungsphase aufrecht erhalten.
Danach wird zum Lösen des Formkörpers das Vakuum in der Dampfkammer 5b aufrecht erhalten,wobei die Ablassventile 8a und 8b geschlossen werden. Gegenüber wird das Belüftungsventil 12a geöffnet und somit die Dampfkammer 5a mit atmosphärischer
Luft gefüllt. Über den Hydraulikzylinder 20 werden die Formhälften 2a, 2b einige Millimeter geöffnet. Anschließend werden die Formhälften wieder geschlossen und das im Vakuumtank
10 gespeicherte Vakuum in die Dampfkammer 5a über Auslassventil 8a eingeleitet, wobei das
Belüftungsventil 12a geschlossen wird. Gegenüber wird durch Öffnen des Betlüftungsventils 12b die Dampfkammer 5b mit atmosphärischer Luft gefüllt. Durch abwechselnde Beaufschlagung der Dampfkammer 5b mit Vakuum und der gegenüberliegenden Dampfkammer 5a mit athmosphärischer Luft bzw. umgekehrt und jeweils kurzzeitiges Öffnen und Schließen des Formwerkzeugs 2 nach jedem dieser Schritte um wenige Millimeter wird eine Lockerung des Formkörpers 1 erreicht. Beim wiederholten Öffnen ist der Formkörper 1 von den beiden Formwerkzeugteilen 2a und 2b gelöst und kann anschließend mit Unterstützung von Auswerfstößel 21 entformt werden. Wie eingangs bereits erwähnt, werden als aufschäumbarer Kunststoffe in Granulatform insbesondere verwendet:
P o l y s ty r o l (Kurzbezeichnung: PS), das in expandierter Form als EPS bezeichnet wird, wobei die Expansionstemperatur bei ca. 1 18° C und der Expansionsdruck bei ca. 1 ,5 bar liegen; oder P o l yp rop y l e n (Kurzbezeichnung: PP), in expandierter Form als EPP bezeichnet, , wobei die Expansionstemperatur bei ca. 145° und der Expansionsdruck bei ca. 3,5 bar liegen.
Die aufgeschäumten Kunststoffe mit ihrer porösen, zellartigen Struktur unterscheiden sich von kompakten Kunststoffen vor allem durch geringers Raumgewicht, ferner verminderte Wärmeleitfähigkeit, verbesserte Schallabsorption und leichte mechanische Verarbeitbarkeit. PS und PP gehören zur Gruppe der thermoplastischen Polymerisate. In aufgeschäumter Form haben sie eine große Bedeutung als Wärme- und Schall-Isolierstoffe sowie als Verpackungsund Polstermaterialien. Die genannten Kunststoffe sind bevorzugte Beispiele, ohne daß z.B. andere geeignete Kunststoffe, wie Polyurethane, die zur Herstellung von PUR-Weichschaum- Stoffen und PUR-Hartschaumstoffen verwendet werden, ausgeschlossen sind.
Bezugszeichenliste
1 Formkörper
1.0 Form-hohlraum
2 Form oder Formwerkzeug
2a, 2b Formwerkzeugteile
3 Füllinjektor
4 Düsenöffnungen
5, 5a, 5b Dampfkammern
I Auswerfseite
II Füllin j ektor-Seite
6a, 6b Dampfventile
7a, 7b Dampfleitungen
7 Dampfleitung, gemeinsame
8a, 8b Auslaßventile
9a, 9b Dampf-/Luftleitungen
10 Vakuumtank
9 Dampf-/Luftleitung, gemeinsame
IIa, IIb Luftleitungen
12a, 12b Entlüftungsventile
13 Einspritzkühler
14 Rückschlagventil
13a Einspritzkühler- Ventil
13b Einspritzdüse
13c Sprühkegel
15 Ablaßleitung
15a Auslaßventil
16 Fallrohr
14a Leitungsstück an (14)
5al, 5bl Innenwände an (5a), (5b) bzw. Formwerkzeug-Wände
5b2 Außenwand von (5) auf Seite II
5a2 Außenwand von (5) auf Seite I
17 Befestigungsstellen der Sprühdüsen
17a Sprühkegel
Sprühdüsen-Leitung
Sprühventile
Hydraulikzylinder
Auswerfer
Teilfugen
Claims
L. Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers aus geschäumtem Kunststoff, bei dem in eine in den Hohlraum einer als zwei- oder mehrteiliges, offen- und schliess- bares Formwerkzeug aus- gebildeten Form ein Granulat eingefüllt und durch Erhitzen zum Expandieren gebracht wird, wobei a) die Form nach dem Schließen durch Anlegen von Unterdruck evakuiert und vorzugsweise nach dem Evakuieren und nach Erreichen des gewünschten Unterdrucks das Granulat mittels eines Füllinjektors in die Form eingefüllt wird; b) anschließend Wasserdampf mit einer solchen Temperatur und Dampfnässe sowie einem solchen Dampfdruck in durch in den Wänden des Formwerkzeugs angeordnete, für Dampf und Luft durchlässige Öffnungen in die noch evakuierte Form eingebracht wird, daß das Granulat durch den Wasserdampf und dessen Kondensationswärme auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der das Granulat expandiert und die Form mit dem Ergebnis eines homogenen, zusammengesinterten Formkörpers ausschäumt; c) schließlich nach dem Expansionsvorgang das kondensierte Wasser und der Wasserdampf durch Anlegen von Unterdruck der Form und dem Formkörper entzogen und letzterer dadurch stabilisiert und auf Entformungstemperatur abgekühlt wird, so daß er aus der geöffneten Form ausgestoßen werden kann, und wobei d) der dem Form-Hohlraum zugeführte oder von diesem abgeführte Dampf durch an Außen- flächen der Form angrenzende Dampfkammern geleitet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass beim Evakuieren des Form-Hohlraumes (1.0) und der Dampfkammern (5a, 5b) und zum jeweils vorangehenden Herausspülen von in den genannten Räumen enthaltenen Luftmengen mittels Wasserdampf- Spülung über auf und zu steuerbare Dampfventile (6a, 6b) und die für Dampf und Luft durchlässigen Öffnungen (4) in der Formwerkzeug- Wand (5al , 5bl) sowie über auf und zu steuerbare Auslaß- Ventile und -Leitungen (8a, 8b; 9) ein Vakuumtank (10) mit einem Einspritzkühler (13) solcher Kapazität verwendet wird, dass die Evakuierungs- und Spülvorgänge mit dem Vakuumtank autark ohne Unterstützung durch Vakuumpumpen durchführbar sind, wobei durch mindestens eine mit dem Form-Hohlraum (1.0) und den Dampfkammern (5a, 5b) kommunizierende, an den Vakuumtank (10) angeschlossene Dampf-/ Luftleitung (9) hindurch dem Vakuumtank die vom Form-Hohlraum (1.0) und den Dampfkammern (5a, 5b) stammenden Dampf- und Luftmengen zuge führt, von diesen die Dampfmengen durch Einspritzen von Kühlwasser unter Vakuumerzeugung kondensiert und die eingeleiteten Luftmengen über mindestens ein Rückschlagventil (14) nach außen abgeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass bei einem ersten Spülvorgang vor Evakuierung des Form-Hohlraumes (1.0) und der Dampfkammern (5a, 5b)durch den genannten Räumen einlaßseitig zugeführte Spüldampfmengen die im Form-Hohlraum (1.0) und den Dampfkammern (5a, 5b) enthaltenen Luftmengen über die geöffneten Auslassventile (8a, 8b) und die Dampf-/ Luftleitung (9) in den Vakuumtank (10) und von diesem über die mindestens eine Rückschlagarmatur (14) nach aussen abgeführt werden, wobei unmittelbar vor dem Einfüllen des Granulats (I1) in den Form-Hohlraum (1.0) zeitlich verzögert zum Spülvorgang bei sich schließenden Dampfventilen (6a, 6b) durch Wassereinspritzen in den Vakuumtank (10) eine Wasserdampf-Kondensation und damit im Rahmen einer ersten Evakuierung ein Unterdruck von vorzugsweise ca.0,2 - 0,1 bar im Tank (10) und in dem damit verbundenen Form-Hohlraum (1.0) herbeigeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass bei einem zweiten Spülvorgang nach dem Einfüllen des Granulats in den Form-Hohlraum (1.0) zunächst Luftmengen durch einlaßseitig zugeführte Spüldampfmengen aus dem Form-Hohlraum und den Dampfkammern (5a, 5b) über die für Dampf und Luft durchlässigen Öffnungen (4), geöffnete Auslassventile (8a, 8b) und die Dampf-/ Luftleitung (9) in den Vakuumtank (10) und über die Rückschlagarmatur (14) nach außen befördert werden, bevor im Form-Hohlraum (1.0) und in den Dampfkammern (5a, 5b) bei geschlossenen Auslassventilen (8a, 8b) durch Dampfbeaufschlagung ein Überdruck von bis zu 3 bar und im Zusammenwirken mit der Dampfkondensationswärme eine Erweichungstemperatur für das Granulat (V) erzeugt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem dritten Spülvorgang nach abgeschlossener Expansion des Granulats (I1) zunächst die Dampfventile (6a, 6b) geschlossen und die Auslassventile (8a, 8b) zwecks Herstellung der Verbindung zum Vakuumtank (10) wieder geöffnet werden, wobei ein Überdruckabbau durch das Rückschlagventil (14) stattfindet und der in den Vakuumtank einströmende Dampf durch Kühlwasser- Einspritzen in den Vakuumtank (10) zur Kondensation gebracht wird, daß über Sprühdüsen (17) Kühlwasser in die Dampfkammern gesprüht wird und über die Auslaßventile und -Leitungen (8a, 8b; 9) in den Vakuumtank geleitet und darin gesammelt wird, wobei ein Unterdruckaufbau im Vakuumtank (10) und dem damit kommunizierenden Form-Hohlraum (1.0) herbeigeführt wird (zweite Evakuierung) und das verdampfende Kondensat zur Kühlung des expandierten und sich stabilisierenden Formkörpers (1) beiträgt sowie in Dampfform in den Vakuumtank (10) abgeführt und dort mittels der Einspritzkühlung kondensiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Vakuum in einer (5b) der beiden Dampfkammern (5a, 5b) aufrechterhalten wird und die Auslaßventile (8a, 8b) geschlossen werden und daß sodann ein Belüftungsventil (12a) der gegenüberliegenden Dampfkammer (5a) zwecks Füllung letzterer mit athmosphärischer Luft geöffnet wird und dass im Rahmen eines
Entformungsvorganges die Auslassventile (8a, 8b) geschlossen werden und die folgenden Entformungsschritte abwechselnd aufeinanderfolgen: a) in der Dampfkarnmer (5b), die sich auf der Seite (II) des Füllinjektors (3) befindet, wird das Vakuum aufrechterhalten, und die gegenüberliegnde Dampkammer (5a) wird mit athmosphärischer Luft gefüllt, wobei die Formwerkzeuge (2a, 2b) bis zu einem Spalt von wenigen Millimetern geöffnet werden, b) nach dem Schließen des Formwerkzeugs (2) wird das Belüftungsventil (12a) der Dampfkammer (5a) geschlossen und diese durch Verbinden mit dem Vakuumtank (10) über das sich öffnende Auslassventil (8a) evakuiert sowie die injektorseitige Dampfkammer (5b) über das zugehörige Belüftungsventil (12b) mit athmosphärischer Luft gefüllt, wobei die Formwerkzeugteile (2a, 2b) bis zu einem kleinen Spalt von wenigen Millimetern geöffnet werden, c) je nach dem Lockerungsgrad des Formkörpers (1) genügen die vorstehenden beiden Schritte (a) und (b) oder sie werden wiederholt, bis der Formkörper (1) von beiden Formwerkzeugteilen (2a, 2b) gelöst und anschließend ausgeworfen werden kann.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche zum Herstellen eines Formkörpers aus geschäumtem Kunststoff, bei dem ein in den Hohlraum einer zwei- oder mehrteiligen, offen- und schließbaren Form einfüllbares Granulat durch Erhitzen zum Expandieren gebracht wird, wobei a) zum Einfüllen des aufzuschäumenden Granulats die Form mit einem Füllinjektor verbunden ist; b) an mit dem Form-Hohlraum über für Dampf und Luft durchlässige Öffnungen kommunizierende Dampfkammern eingangsseitig Dampfventile und entsprechende Dampfleitungen sowie Luftleitungen mit Belüftungsventilen, ferner ausgangsseitig über Auslassventile und mindestens eine Dampf-/ Luftleitung eine Vakuumeinrichtung angeschlossen und je eine Dampfkammer je einem Formwerkzeugteil zugeordnet und an die Außenflächen der Formwerkzeugteile angrenzend angeordnet sind, c) die Form mindestens zweiteilig und der von den Formwerkzeughälften oder -teilen umgebene Form-Hohlraum zum Auswerfen des fertig ausgeschäumten Formkörpers offenbar und zwecks Beschickens mit neuem, expandierbarem Granulat wieder schließbar ist, dadurch gekennzeichnet , dass zum Evakuieren des Form-Hohlraumes (1.0) über die vorzugsweise als Düsenöffnungen ausgebildeten Öffnungen (4) und der Dampfkammern (5a, 5b) und zum jeweils vorangehenden Herausspülen von in diesen Räumen/ Kammern (1.0; 5a, 5b) enthaltenen Luftmengen mittels Wasserdampf- Spülung über offen- und schließbare Dampfventile (6a, 6b) ein Vakuumtank (10) mit Einspritzkühler (13) solcher Kapazität verwendet ist, daß die Evakuierungs- und
Spülvorgänge mit dem Vakuumtank autark ohne Unterstützung durch Vakuumpumpen durchführbar sind, wobei durch mindestens eine mit dem Form-Hohlraum (1.0) und den Dampfkammern (5a, 5b) über steuerbare Auslassventile (8a, 8b) kommunizierende Dampf-/ Luftleitung (9) hindurch dem Vakuumtank (10) die vom Form-Hohlraum (1.0) und von den Dampfkammern (5a, 5b) stammenden Dampf- und Luftmengen zuführbar, von diesen die Dampfmengen durch Einspritzen von Kühlwasser unter Vakuumerzeugung kondensierbar und die eingeleiteten Luftmengen über mindestens ein Rückschlagventil (14) nach außen abführbar sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h gekennzeichnet , dass bei einem zweiteiligen Formwerkzeug (2) die beiden Formwerkzeugteile (2a, 2b) je eine erste und zweite Dampf-kammer (5a, 5b) im wesentlichen umschließen und je eine Innenwand (5al, 5bl) der Dampfkammern von den an den Form-Hohlraum (1.0) direkt angrenzenden Formwerkzeug- Wänden gebildet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h gekenn zei chn et , dass die Formwerkzeug- Wände (5al, 5bl) mit über ihre Flächen verteilten Düsenöffnungen (4) versehen sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h geken n ze ic h n et , dass auf der der Form- Auswerfseite (I) entgegengesetzten Seite (II) des Form-Hohlraumes (1.0) ein durch die Formwerkzeug- Wand (5bl) in den Form-Hohlraum (1.0) mündender Füllinjektor (3) für Granulat (V) angeordnet ist, welcher die Außenwand (5b2) des Formwerkzeugs (2) und die zweite Dampfkammer (5b) dampfdicht durchdringt.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Innenseiten der Außenwände (5a2, 5b2) des Formwerkzeugs (2), vorzugsweise auf der Auswerf-Seite (I) und der gegenüberliegenden Seite (H), Sprühdüsen (17) befestigt sind, die zwecks Kühlung der Form (1), des Form- Hohlraumes (1.0) sowie des- Volumens der Dampfkammern (5a, 5b) zum Versprühen von quer zu den Dampfkammern gerichteten Sprühkegeln (17a) eingerichtet sind.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass jeweils an der Innenseite der Formwerkzeug- Außenwände (5a2, 5b2) eine Sprühdüsen- Leitung (18) für mehrere Sprühdüsen (17) befestigt und mit der Sprühdüsen- Leitung (18) Sprühventile (19a, 19b) verbunden und an dieser befestigt sind.
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