Verfahren zur Herstellung von Formkörpern sowie Formmaschine zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus geschäumtem Kunststoff, insbesondere geschäumtem Polystyrol, bei dem vorgeschäumte, weiter expandierbare Kunstoffpartikel in eine von einer Kammer umschlossene Form eingebracht, mittels der Kammer zugeführtem Dampf aufgeheizt, nachexpandiert und miteinander verschweisst sowie anschliessend abgekühlt werden.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Formmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens. Bei der Herstellung von Polystyrol-Formkörpern wird vorgeschäumtes Polystyrol in Form von kugeligen Partikeln in eine Form eingeschossen und in dieser unter Einwirkung von Dampf ausgeschäumt und mit anschliessender Kühlung ausgehärtet. Die Verschweissung der Partikel erfolgt an der Oberfläche des Formkörpers vielfach unvollkommen, so dass die kugelige Struktur der einzelnen Polystyrolpartikel dort mindestens teilweise noch erhalten bleibt, und die Oberfläche des fertigen Formkörpers zwischen den einzelnen Partikeln Vertiefungen aufweist, wodurch das Anwendungsgebiet solcher Formkörper wegen dieser mangelhaften Oberflächenbeschaffenheit eingeschränkt wird.
Die Erfindung bezweckt nun ein Verfahren zu schaffen mit dem eine entsprechende Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit der Formkörper erreicht wird. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeich net, dass vor der Abkühlung der l : Dampf in der Kammer zur Kondensation gebracht wird, um in der Kammer einen auf die nachexpandierten Kunststoffpartikel wirksamen Unterdruck zu erzeugen, der diese gegen die Wandung des Formhohlraumes drängt.
Die zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagene Formmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass im Innern der die Form umschliessenden Kammer eine oder mehrere Sprühnebeldüsen vorgesehen sind.
Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles der Formmaschine zur Durchführung des Verfahrens erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt einer Formmaschine und
Fig. 2 in grösserem Massstab einen Querschnitt durch ein Sprühsystem.
An zwei horizontalen Führungssäulen 1 und 2 ist mittels Muttern 3 ein Formrahmen 4 fest verankert. Ein weiterer Formrahmen 5 ist an den Führungssäulen 1 und 2 verschiebbar gelagert und durch nicht gezeichnete Antriebsmittel in Formschliess- und in Öffnungsstellung verschiebbar. Mit den beiden Formrahmen 4 und 5 sind Formhälften 6 und 7 lösbar verbunden, welche bei dem in der Zeichnung dargestellten Formschluss, d.h. bei gegenseitiger Auflage an einer Dichtstelle 8, einen Formraum 9 umschliessen. Beide Formhälften 6 und 7 begrenzen gemeinsam mit den zugeordneten Formrahmen 4 und 5 je eine Heiz- und Kühlkammer 10 und 11.
Bei Formschluss wird das zu verarbeitende Material, beispielsweise vorexpandiertes Polystyrolgranulat von einer Injektorpistole 12 über eine Zuleitung 13 in den Formraum 9 eingeschossen und anschliessend im kombinierten Autoklav-Dampfstossverfahren der Wärmeeinwirkung ausgesetzt. Dabei wird in einer ersten Phase durch öffnen eines Dampfeinlasses 14 nur die Heiz- und Kühlkammer 10 mit Dampf beaufschlagt, aus welcher dann mit sog. Stossbedampfung der Dampf unter Druck über Dampfdüsen 15 in den Formraum 9 einströmt und nach Durchströmen des Polystyrolgranulates über Dampfdüsen 15 in die rechts liegende Heiz- und Kühlkammer 11 ausströmt. Mit zunehmender Expansion und Verschweissung des Polystyrolgranulates steigt der Strömungswiderstand und dadurch auch der Dampfdruck in der links liegenden Heiz- und Kühlkammer 10.
Bei Erreichung einer vorgewählten Druckhöhe wird zusätzlich ein Dampfeinlass 16 geöffnet, so dass jetzt der Formraum 9 von beiden Heiz- und Kühlkammern 9 und 10 her im sog. Autoklavverfahren bedampft wird. Während des Bedampfungsprozesses bleiben zwei Wasser2us- lässe 17 geschlossen.
In beiden Heiz- und Kühlkammern 9 und 10 befindet sich je ein Sprühsystem 18, welches, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, als ein mit Sprühebeldüsen 19 versehenes Rohr ausgebildet ist. Die Sprühdüsen 19 des Sprühsystems 18 sind so verteilt und in so grosser Anzahl vorhanden, dass ein Wassernebel in den Heiz- und Kühlkammern 9 und 10 in allen Richtungen versprüht wird, so dass die letzteren einem kühlen Sprühnebel ausgesetzt werden. Die Wasserversprühung erfolgt unmittelbar nach dem Schliessen der Dampfzuleitungen 14 und 16 und bei geschlossenen Wasserauslässen 17, d.h. bei annähernd gasdicht verschlossenen Heiz- und Kühlkammern 9 und 10.
Das Zusammentreffen des Sprühnebels mit dem in den Heiz- und Kühlkammern 9 und 10 eingeschlossenen Dampfes bringt den Dampf schlagartig zum Kondensieren, wodurch als Folge ein Unterdruck in beiden Heiz- und Kühlkammern 9 und 10 erzeugt wird.
Dieses Vakuum wird über die Dampfdüsen 19 auf das im Formraum 9 zu verformende Polystyrolgranulat saugwirksam, so dass dieses unter der Saugwirkung im noch nicht ausgehärteten Zustand an die Innenflächen der Formhälften 6 und 7 angezogen wird. Die dadurch bewirkte innigere Kontaktnahme des noch nicht in den Festzustand übergegangenen Polystyrols mit den im Moment des auftretenden Vakuums noch nicht abgekühlten Formhälften 6 und 7 hat dabei den angestrebten Effekt einer homogeneren Verschweissung der Polystyrolpartikel an der Oberfläche der Formlinge.
Um ein vorzeitiges Kondensieren des Dampfes während des Bedampfungsprozesses in den Heiz- und Kühlkammern 9 und 10 zu verhindern, sind die Innenflächen der beiden Formrahmen 4 und 5 vorteilhaft mit einer Isolation 20 ausgeschlagen.
Diesem Sprühprozess anschliessend folgt das eigentliche Kühlen der Formhälften 6 und 7, mit welchem erst jetzt der vollkommen ausgehärtete Festzustand des Formlings erreicht wird. Die Kühlung kann über die Sprühsysteme 18 oder auch durch nicht gezeichnete, separate Kühleinrichtungen erfolgen, bei welchen in bekannter Art der Wasserstrahl nur direkt gegen die Formhälften 6 und 7 gerichtet wäre.
Sofern separate Kühleinrichtungen vorgesehen sind, ist das Sprühsystem 18 vorzugsweise so auszubilden, dass keine Sprühdüsen gegen die Formhälften 6 und 7 gerichtet sind. Dadurch kann ein zu frühes Abkühlen der Formhälften 6 und 7, d.h. ein vorzeitiges Verschweissen des Polystyrols vor dem Vakuumeffekt vermieden werden. Beim Kühlprozess sind die Wasserauslässe 17 geöffnet.
Nach Beendigung des Kühlprozesses wird durch Wegfahren des linken Formrahmens 5 der Formraum 9 geöffnet und der Formling durch nicht gezeichnete Auswerfer abgestossen.
Die vorstehend beschriebenen Funktionen der Formmaschine vollziehen sich in zeitlich gesteuertem Zyklus, wobei jetzt die Wasserauslässe 17 nicht wie bisher nur beim Bedampfungsprozess, sondern auch beim Sprühprozess geschlossen bleiben und erst beim eigentlichen Kühlprozess geöffnet werden.
Um einen Unterdruck von wirksamer Grösse zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, vor dem Sprühprozess den während des Bedampfungsprozesses in den Heizund Kühlkammern herrschenden Dampfdruck auf eine niedrigere Druckhöhe abzubauen.
Process for the production of moldings and molding machine for carrying out the process
The invention relates to a method for the production of molded bodies from foamed plastic, in particular foamed polystyrene, in which prefoamed, further expandable plastic particles are introduced into a mold enclosed by a chamber, heated by means of the steam supplied to the chamber, post-expanded and welded together and then cooled .
The invention also relates to a molding machine for performing this method. In the production of polystyrene moldings, pre-expanded polystyrene in the form of spherical particles is injected into a mold and foamed in this under the action of steam and cured with subsequent cooling. The welding of the particles is often imperfect on the surface of the shaped body, so that the spherical structure of the individual polystyrene particles is at least partially retained there, and the surface of the finished shaped body has depressions between the individual particles, which makes the field of application of such shaped bodies because of this poor surface quality is restricted.
The invention now aims to create a method with which a corresponding improvement in the surface properties of the molded bodies is achieved. The method according to the invention is characterized in that prior to cooling, the vapor is brought to condensation in the chamber in order to generate a negative pressure in the chamber which acts on the post-expanded plastic particles and forces them against the wall of the mold cavity.
The molding machine proposed for carrying out the method is characterized in that one or more spray nozzles are provided inside the chamber surrounding the mold.
The invention is explained below with reference to an exemplary embodiment of the molding machine for carrying out the method shown in the drawing.
In the drawing show:
Fig. 1 is a schematic vertical section of a molding machine and
2 shows, on a larger scale, a cross section through a spray system.
A molded frame 4 is firmly anchored to two horizontal guide columns 1 and 2 by means of nuts 3. Another mold frame 5 is displaceably mounted on the guide columns 1 and 2 and is displaceable in the mold closing and in the open position by drive means (not shown). With the two mold frames 4 and 5, mold halves 6 and 7 are releasably connected, which in the form-fit shown in the drawing, i.e. with mutual support at a sealing point 8, enclose a mold space 9. Both mold halves 6 and 7, together with the associated mold frames 4 and 5, each delimit a heating and cooling chamber 10 and 11.
In the case of a positive fit, the material to be processed, for example pre-expanded polystyrene granulate, is injected into the mold space 9 by an injector gun 12 via a feed line 13 and then subjected to the action of heat in the combined autoclave-steam burst process. In a first phase, only the heating and cooling chamber 10 is exposed to steam by opening a steam inlet 14, from which steam then flows under pressure via steam nozzles 15 into the mold space 9 with so-called shock steaming and after flowing through the polystyrene granulate via steam nozzles 15 in the heating and cooling chamber 11 on the right flows out. With increasing expansion and welding of the polystyrene granulate, the flow resistance and thus also the vapor pressure in the heating and cooling chamber 10 on the left increases.
When a preselected pressure level is reached, a steam inlet 16 is also opened, so that the mold space 9 is now steamed from both heating and cooling chambers 9 and 10 in the so-called autoclave process. Two water outlets 17 remain closed during the steaming process.
In each of the heating and cooling chambers 9 and 10 there is a spray system 18 which, as can be seen from FIG. 2, is designed as a pipe provided with spray lever nozzles 19. The spray nozzles 19 of the spray system 18 are distributed in such a way and in such a large number that a water mist is sprayed in all directions in the heating and cooling chambers 9 and 10, so that the latter are exposed to a cool spray mist. The water spray takes place immediately after the steam supply lines 14 and 16 are closed and with the water outlets 17 closed, i.e. with heating and cooling chambers 9 and 10 that are almost gas-tight.
The coincidence of the spray mist with the steam enclosed in the heating and cooling chambers 9 and 10 causes the steam to condense suddenly, as a result of which a negative pressure is generated in both heating and cooling chambers 9 and 10.
This vacuum is suction-effective via the steam nozzles 19 on the polystyrene granulate to be deformed in the mold space 9, so that this is attracted to the inner surfaces of the mold halves 6 and 7 under the suction effect in the not yet hardened state. The resulting closer contact between the polystyrene, which has not yet changed into the solid state, and the mold halves 6 and 7, which have not yet cooled at the moment of the vacuum occurring, has the desired effect of a more homogeneous welding of the polystyrene particles on the surface of the moldings.
To prevent the steam from condensing prematurely during the steaming process in the heating and cooling chambers 9 and 10, the inner surfaces of the two mold frames 4 and 5 are advantageously lined with insulation 20.
This spraying process is followed by the actual cooling of the mold halves 6 and 7, with which the completely hardened solid state of the molding is only now achieved. The cooling can take place via the spray systems 18 or also by separate cooling devices (not shown), in which the water jet would only be directed directly against the mold halves 6 and 7 in a known manner.
If separate cooling devices are provided, the spray system 18 should preferably be designed so that no spray nozzles are directed against the mold halves 6 and 7. As a result, too early cooling of the mold halves 6 and 7, i.e. premature welding of the polystyrene before the vacuum effect can be avoided. The water outlets 17 are open during the cooling process.
After completion of the cooling process, the mold space 9 is opened by moving away the left mold frame 5 and the molding is ejected by ejectors (not shown).
The functions of the molding machine described above take place in a time-controlled cycle, the water outlets 17 now not only remaining closed during the steaming process, as was previously the case, but also during the spraying process and only being opened during the actual cooling process.
In order to achieve a negative pressure of an effective magnitude, it can be advantageous to reduce the vapor pressure prevailing in the heating and cooling chambers during the steaming process to a lower pressure level before the spraying process.