DE10009665C1

DE10009665C1 - Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Verbinden von Polymerschaumpartikeln

Info

Publication number: DE10009665C1
Application number: DE10009665A
Authority: DE
Inventors: Maik Ziegler; Axel Kauffmann; Knut Hofmann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2002-01-24
Anticipated expiration: 2020-03-01
Also published as: EP1259365A1; EP1259365B1; DE50106629D1; ATE298657T1; AU2001240595A1; WO2001064414A1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum thermischen Verbinden von in einer Schüttung angeordneten Partikeln aus wenigstens einem geschäumten, vorgeschäumten und/oder schäumbaren Polymer zu Formteilen mittels hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Mikrowellen-Strahlung, unter Verwendung wenigstens eines elektromagnetische Strahlung absobierenden, flüssigen Mediums vorgeschlagen. Erfindungsgemäß wird das Hohlraumvolumen der Schüttung im wesentlichen vollständig mit dem flüssigen Medium ausgefüllt und werden die Partikel unter Kontakt ihrer Grenzflächen zumindest oberflächig miteinander zu dem Formteil verschweißt und anschließend abgekühlt. Auf diese Weise werden Formteile mit einer homogenen und innigen Verbindung der Schaumartikel erhalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Ver binden von in einer Schüttung angeordneten Partikeln aus wenigstens einem geschäumten, vorgeschäumten und/oder schäumbaren Polymer zu Formteilen mittels hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung, indem die Partikel bei Anwe senheit eines elektromagnetische Strahlung absorbierenden, flüssigen Medium unter Kontakt ihrer Grenzflächen und Ein wirken der Strahlung zumindest oberflächig miteinander zu dem Formteil thermisch verbunden werden und dieses an schließend abgekühlt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens mit einem die Partikel aufnehmenden Formraum und wenigstens einem hochfrequenten elektromagnetischen Strahlungsfeld.

Derartige Verfahren, bei denen geschäumte oder vorgeschäum te Polymerpartikel mit einem elektromagnetische Strahlung absorbierenden Medium benetzt oder beschichtet in eine Form eingebracht, diese verschlossen und die Partikel mittels elektromagnetischer Strahlung verschmolzen und/ oder unter Freisetzung eines Treibmittels zusätzlich ex pandiert werden, sind bekannt (US 3,010,157, US 3,193,874, US 3,253,064, US 4,298,324, US 4,454,081, DE 196 48 525 A1, DE 196 48 526 A1, DE 196 48 093 A1, DE 196 48 094 A1, DE 196 54 860 A1, DE 198 60 611 C1, DE 196 48 804 A1. Bei diesen Verfahren wird das die Partikel benetzende Medium unter hochfrequenter elek tromagnetischer Strahlung, deren Frequenz etwa der Reso nanzfrequenz der Moleküle des Mediums entspricht, erhitzt und die Wärme an die Polymerpartikel abgegeben. Durch die Wärme verschmelzen die Partikel und expandieren gegebenen falls unter Freisetzung eines Treibmittels. Die Polymerpar tikel können ihrerseits die elektromagnetische Strahlung absorbieren oder auch bezüglich der Strahlung durchlässig sein.

Wird ein flüssiges strahlungsabsorbierendes Medium einge setzt, so wird es in der Regel verdampft und gleichmäßig in der Form verteilt, wobei sein Siedepunkt durch die Zugabe von Hilfsstoffen und den Druck in der Form beeinflußt wer den kann. Die WO 90/08642 A1 beschreibt ein derartiges Verfah ren zur Herstellung von Formteilen aus expandierbaren Kunststoffpartikeln in einem Formwerkzeug, das in einem Mi krowellenfeld rotierbar ist.

Aus der EP 0 705 682 A1 ist ein Verfahren zum thermischen Verbinden von Schaumstoffpartikeln unterschiedlicher Poly mere bekannt, wobei die Partikel wenigstens bereichsweise mit einem Mikrowellen absorbierenden Medium beschichtet und unter Kontakt ihrer Grenzflächen in dem Mikrowellenfeld miteinander verschweißt werden.

Die DE 12 36 174 B beschreibt ein weiteres gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Partikelschaum aus Polystyrol (PS), indem die PS-Partikel mit einer geringen Menge Wasser mit einem Netzmittel umhüllt und die umhüllten Partikel in einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld unter Bildung eines Formteils erweicht und expandiert werden. Die Parti kel sollen nur oberflächig benetzt werden, wobei der Ein satz des Netzmittels für ein gleichförmiges Bedecken des Polymermaterials durch die Wassermoleküle sorgen und ein mit Wasser vermischtes festes Überzugmaterial ein Anhaften eines dünnen Films von Wassermolekülen an der Oberfläche des ausdehnbaren polymeren Materials begünstigen soll. Das Massenverhältnis zwischen den Partikeln und dem Wasser soll zwischen 25 : 1 und 1 : 1 gewählt werden, wobei unterstellt wird, daß bei einem Masseverhältnis zwischen Wasser und Partikel größer 1 : 1 das polymere Material zu naß würde und es schwierig sei, die Feuchtigkeit hieraus nach dem Ausdeh nen wieder zu entfernen.

Weiterhin sind solche Verfahren auch zur kontinuierlichen Herstellung von im wesentlichen strangförmigen Formteilen aus Polymerschaumpartikeln bekannt (US 4 173 608). Der DE 198 29 562 A1 ist ein kontinuierliches Verfahren entnehmbar, bei dem die benetzten Polymerpartikel zwischen umlaufenden Trägerbändern aufgegeben und als dichte Packung an einer Mikrowellen-Energiequelle kontinuierlich vorbeigeführt und verschweißt werden. Art und Menge des Mediums werden so ge wählt, daß den Partikeln bei dem herrschenden Umgebungs druck die zur Herstellung des Verbundes notwendige Schmelz wärme zugeführt wird. Die DE 196 48 093 A1 beschreibt ein kon tinuierliches Verfahren, indem die beschichteten oder be netzten Partikel komprimiert, einer Art Schneckenextruder aufgegeben und durch ein Mikrowellenfeld einer das Extru dergehäuse umgebenden Mikrowellen-Energiequelle unter Ver schmelzen der Partikel geführt werden. Als Mikrowellen ab sorbierendes Medium wird Wasser eingesetzt, welches bevor zugt mit Tensiden versetzt wird, um einen möglichst dünnen Wasserfilm auf den Partikeln zu erzielen, welcher angeblich die Wirkung der Mikrowellenenergie begünstigt und zu einer schnellen Bildung von Heißdampf führt.

Sämtlichen bekannten Verfahren ist gemeinsam, daß die zu verbindenden Polymerpartikel lediglich mit dem strahlungs absorbierenden Medium beschichtet oder benetzt (gecoatet) werden, wobei gegebenenfalls durch bereichsweise stärkeres Beschichten der Partikel in diskreten Bereichen des Form teils höhere Temperaturen erzielt werden können, um das Formteil z. B. in diesen Bereichen stärker aufzuschäumen. Wird ein festes, strahlungsabsorbierendes Medium, wie Ruß, Metallpulver od. dgl., zum Beschichten der Polymerpartikel verwendet, so kann dies bei Einwirken der elektromagneti schen Strahlung in unmittelbarer Umgebung der Feststoffpar tikel zur Überhitzung (Hot-Spots) führen, wodurch die Schaumstruktur beeinträchtigt wird. In unbeschichteten Be reichen findet hingegen gar kein Verschmelzen der Polymer partikel statt.

Bei Benetzen der Polymerpartikel mit einem flüssigen, elek tromagnetische Strahlung absorbierenden Medium wird auf grund des dünnen Flüssigkeitsfilms häufig keine ausreichend hohe Temperatur erreicht, da die geringen Flüssigkeitsmen gen einerseits in die Partikel hineindiffundieren, anderer seits unmittelbar verdampfen, wobei die Dampfphase aufgrund ihrer geringen Dichte ein erheblich geringeres Absorptions vermögen für die elektromagnetische Strahlung aufweist und die Partikel folglich nicht homogen anschmelzen. Sowohl bei der Beschichtung mit einem festen als auch bei der Benet zung mit einem flüssigen strahlungsabsorbierenden Medium kommt es darüber hinaus zu Einschlüssen von Restluft im Partikelschaum, die in einer verminderten Festigkeit des Partikelschaums resultieren und zu einem Auflösen des Schaumverbundes führen, wie es beispielsweise bei stoßab sorbierenden Verpackungsmaterialien aus Polystyrol- Partikelschaum beobachtet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile dahingehend weiterzuentwickeln, daß eine homogene und innige Verbindung der Schaumpartikel sichergestellt wird. Sie ist ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens gerichtet.

Der verfahrenstechnische Teil dieser Aufgabe wird erfin dungsgemäß bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Ober begriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß das Hohlraum volumen der Schüttung vor oder während der Bestrahlung im wesentlichen vollständig mit dem flüssigen Medium ausge füllt wird.

Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, daß die in einer Schüttung angeordneten Polymerpartikel nicht nur mit dem strahlungsabsorbierenden Medium benetzt, sondern das Hohl raumvolumen der Schüttung zur Gänze mit dem flüssigen Medi um ausgefüllt wird. Durch das im Vergleich zu den herkömm lichen Verfahren erhöhte Verhältnis des strahlungsabsorbie renden Mediums zu den Polymerpartikeln ist eine ausreichen de Absorption der hochfrequenten Strahlung sichergestellt, bevor das flüssige Medium insbesondere zumindest teilweise verdampft wird. Die Partikel sind einer gleichmäßig hohen Temperatur ausreichend lange exponiert, um eine vollflächi ge, innige, homogene und dauerhafte Schmelzverbindung zwi schen allen Partikeln zu gewährleisten. Die beim Stand der Technik aufgrund einer unzureichenden oder ungleichmäßigen Beschichtung oder Benetzung auftretenden Defekte sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wirksam vermieden.

In bevorzugter Ausführung wird hochfrequente elektromagne tische Strahlung in einem Frequenzbereich zwischen 100 MHz und 10 GHz, also Mikrowellenstrahlung verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum thermischen Verbinden von geschäumten Polymerpartikeln aus Polyolefinen, da Polyolefine für hochfrequente elektroma gnetische Strahlung im wesentlichen durchlässig sind und nur bei längerer Strahlungsexposition eine molekulare Schä digung erfahren. Es ermöglicht aufgrund der erhöhten Menge des strahlungsabsorbierenden Mediums und des damit höheren Wärmeangebotes insbesondere die Herstellung von Partikel schäumen aus Schaumpartikeln mit hohem Schmelzpunkt, bei spielsweise aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Poly alkylenterephthalat, insbesondere Polyethylenterephthalat (PET) od. dgl., welche einen Schmelzpunkt von etwa 160°C (PE, PP) bzw. 260°C (PET) aufweisen. Es ist selbstverständlich auch zur Herstellung von Partikelschäumen aus Schaum partikeln mit einem deutlich geringeren Schmelzpunkt, bei spielsweise aus Polystyrol (PS), geeignet.

In bevorzugter Ausführung werden geschäumte Polymerpartikel aus expandierbaren Polymeren eingesetzt, welche sich bei der Erwärmung ausdehnen, so daß sie gegeneinander drücken und aufgrund ihrer Flexibilität eine größere Kontaktfläche zum Verschmelzen entsteht. Es werden z. B. Partikel aus ex pandierbarem PE (EPE), expandierbarem PP (EPP), expandier barem PS (EPS) oder expandierbarem Polyalkylenterephthalat, insbesondere aus expandierbarem PET (EPET) eingesetzt.

Als strahlungsabsorbierende Medien kommen vornehmlich pola re Flüssigkeiten, wie Wasser, Alkohole, Carbonsäuren, ins besondere Fettsäuren, od. dgl., wie auch Mischungen der ge nannten Flüssigkeiten oder mit anderen Flüssigkeiten oder Additiven (Dispersionen oder Suspensionen) in Frage. Das strahlungsabsorbierende Medium kann zumindest teilweise verdampft und hinsichtlich seines Siedepunktes je nach Schmelzpunkt der eingesetzten Polymerpartikel ausgewählt werden. Zur Erhöhung der Adhäsion können dem Medium Zusatz stoffe, wie Tenside, Detergentien od. dgl., zugesetzt wer den.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die Parti kelschüttung in einem Formraum eingeschlossen wird. Handelt es sich bei den Partikeln um expandierbare Polymerpartikel, so können sie in loser Schüttung dem Formraum aufgegeben werden. In jedem Fall kann die Schüttung in dem Formraum kompaktiert werden, um die Polymerpartikel zumindest wäh rend des Einwirkens der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung unter mechanischem Druck und damit in Kontakt zu halten. Auch bilden sich aufgrund der Kompressibilität der Partikel größere Kontaktflächen.

In bevorzugter Ausführung wird das Massenverhältnis zwi schen den Partikeln und dem das Hohlraumvolumen der Schüt tung ausfüllenden, flüssigen Medium durch den Druck in dem Formraum während des Aufgebens der Partikel gesteuert. Da das strahlungsabsorbierende, flüssige Medium eine geringere Kompressibilität als die geschäumten oder vorgeschäumten Polymerpartikel aufweist, kann das gewünschte Massenver hältnis zwischen den Partikeln und dem flüssigen Medium durch den Druck in dem Formraum eingestellt werden, indem bei Erhöhen des Drucks das Volumen des flüssigen Mediums - soweit es nicht bewußt verdrängt wird - weitestgehend un verändert bleibt, während das Volumen der kompressiblen Po lymerpartikel verringert wird, so daß das mit steigendem Druck abnehmende Volumen der Polymerpartikel entweder durch zusätzliche Polymerpartikel oder zusätzliche Mengen des flüssigen Mediums ersetzt werden kann. Auf diese Weise kann sowohl die von dem Druck im Formraum abhängige Siedetempe ratur des strahlungsabsorbierenden Mediums und damit die Schweißtemperatur als auch die zum vollständigen Verdampfen des flüssigen Mediums erforderliche Zeit eingestellt wer den.

Um eine vollständige Ausfüllung des Hohlraumvolumens der Schüttung der Polymerpartikel mit dem strahlungsabsorbie renden Medium zu erreichen, sieht eine Ausführungsform des Verfahrens vor, daß die Partikel in den Formraum aufgegeben werden und das flüssige Medium unter Verdrängen der in der Partikelschüttung befindlichen Luft in den Formraum einge speist wird. Vorzugsweise wird das flüssige Medium in den die Partikel aufnehmenden Formraum steigend eingespeist, um für eine einwandfreie Entlüftung des Formraums und somit für ein vollständiges Auffüllen des Hohlraumvolumens der Partikelschüttung mit dem flüssigen Medium zu sorgen.

In diesem Fall kann die Partikelschüttung in dem Formraum mechanisch komprimiert und das flüssige Medium anschließend eingespeist werden. Selbstverständlich können die Partikel auch durch Druckbeaufschlagen des Formraums mit dem flüssi gen Medium komprimiert werden. Im Falle des Einsatzes ex pandierbarer Polymerpartikel, wie EPE, EPP, EPS, EPET oder dergleichen, welche sich während des thermischen Verbindens mittels hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung aus dehnen, so daß das Hohlraumvolumen der Partikelschüttung während der Bestrahlung verringert wird, kann das Hohlraum volumen anfangs auch nur teilweise mit dem strahlungsabsor bierenden Medium ausgefüllt werden, wobei sichergestellt sein muß, daß das Medium nach Expandieren der Polymerparti kel und Verdrängen der Restluft das Hohlraumvolumen der Schüttung im wesentlichen vollständig ausfüllt, um eine einwandfreie Schmelzverbindung der Partikel zu gewährlei sten.

Weiterhin kann zumindest ein Teil der Partikel in das flüs sige Medium eindispergiert und die Dispersion, insbesondere unter Druck, in den Formraum aufgegeben werden. Die Disper sion wird bevorzugt mittels eines Schnecken- oder Kolben verdrängers in den Formraum aufgegeben.

Alternativ kann das flüssige Medium in den Formraum einge speist und die Partikel unter Verdrängen des flüssigen Me diums in den Formraum aufgegeben werden. Insbesondere ist es möglich, das flüssige Medium in dem Formraum unter Druck ("Staudruck") zu setzen und die Partikel mit höherem Druck aufzugeben.

Beim Einsatz von Partikeln aus expandierbaren Polymeren können diese auf an sich bekannte Weise auch zusätzlich in Druckkammern vorkomprimiert werden. Derartige Partikel zeigen bei Verformung, z. B. bei Kompression, zwar ein elasti sches Verhalten, tendieren aber zu einer zeitlich verzöger ten Rückstellung in ihre ursprüngliche Form, so daß sie während der erfindungsgemäßen Verarbeitung expandieren und dadurch ein erhöhter Kontaktdruck erzeugt wird.

Wie bereits angedeutet, wird bevorzugt das flüssige Medium mittels der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung unter Druckaufbau in dem Formraum zumindest teilweise ver dampft, wobei insbesondere die Temperatur im Formraum durch den Druck des strahlungsabsorbierenden Mediums im Formraum gesteuert wird. Der Druck im Formraum kann vorzugsweise über den Dampfdruck des strahlungsabsorbierenden Mediums gesteuert und somit z. B. die der Siedetemperatur des Medi ums bei dem jeweiligen Dampfdruck entsprechende Schweißtem peratur eingestellt werden. Hierbei kann der Druck im Form raum nach Erreichen der gewünschten Schweißtemperatur bei anhaltender Energiezufuhr durch Abführen von Medium, insbe sondere Dampf, im wesentlichen konstant gehalten werden, um die der gewünschten Schweißtemperatur entsprechende Siede temperatur des Mediums konstant zu halten und den Dampf nicht zu überhitzen. Je nach erforderlicher Schweißzeit kann der Druck im Formraum nach Erreichen der Schweißtempe ratur und gegebenenfalls Halten dieser Temperatur durch Ab führen von Medium (Dampf) reduziert werden, wobei der Druck entweder schlagartig oder durch einen negativen Druckgra dienten gesteuert reduziert werden kann.

Das flüssige Medium kann entweder im wesentlichen vollstän dig oder auch nur teilweise verdampft werden, wobei das aus der Schüttung durch thermisches Verbinden der Partikel er haltene Formteil insbesondere im letztgenannten Fall vor zugsweise mittels der elektromagnetischen Strahlung im we sentlichen drucklos oder durch Anlegen von Unterdruck am Formraum getrocknet wird.

Vorzugsweise wird der Formraum und/oder das Formteil tempe riert, wobei der Formraum z. B. vor Prozeßbeginn erwärmt und nach dem Prozeß abgekühlt wird. Hierfür kommen sowohl gas förmige Medien, wie Druckluft, als auch Flüssigkeiten, z. B. Wasser, in Frage.

Gemäß einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß wenig stens eine Trägerschicht, insbesondere aus wenigstens einem Polymer, in dem Formraum angeordnet und mit den Partikeln hinter- bzw. umschäumt wird. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, daß wenigstens eine Deckschicht, insbesondere aus wenigstens einem Polymer, z. B. einer Kunststoffolie, in dem Formraum angeordnet und mit den Partikeln hinterschäumt wird. Die Träger- und/oder die Deckschicht können an ihrer Verbindungsfläche mit den Partikeln beispielsweise mit we nigstens einer elektromagnetische Strahlung absorbierenden Substanz beschichtet werden, um eine innige Schweißverbin dung zwischen den Partikeln und der Träger- bzw. Deck schicht sicherzustellen.

Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, daß der Formraum von einem verschließbaren Formwerkzeug gebildet und die Parti kelschüttung bei geschlossenem Formwerkzeug diskontinuier lich unter Bildung des Formteils verschweißt wird. Hierbei kann entweder ein für elektromagnetische Strahlung durch lässiges Formwerkzeug verwendet und dieses zum Verschweißen der Partikel in einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld angeordnet oder alternativ ein für elektromagnetische Strahlung im wesentlichen undurchlässiges Formwerkzeug ver wendet und zum Verschweißen der Partikel hochfrequente elektromagnetische Strahlung in das Formwerkzeug eingekop pelt werden.

Zur Vermeidung von Standzeiten werden vorzugsweise mehrere Formwerkzeuge in einer Karussellanordnung mit einer das hochfrequente elektromagnetische Feld aufweisenden Station geführt, so daß beispielsweise ein Formwerkzeug mit den Partikeln und dem flüssigen Medium befüllt werden kann, während ein anderes Formwerkzeug zum thermischen Verbinden der Partikel in dem hochfrequenten elektromagnetischen Feld angeordnet und ein weiteres Formwerkzeug mit dem aus der Schüttung erhaltenen Formteil gekühlt wird.

Eine weitere bevorzugte Ausführung sieht vor, daß der Form raum durch umlaufende Trägerbänder gebildet und die Parti kelschüttung mittels der Trägerbänder kontinuierlich an we nigstens einer hochfrequenten elektromagnetischen Strah lungsquelle vorbeigeführt und unter Bildung eines im we sentlichen strangförmigen Formteils verschweißt wird, wobei die Partikelschüttung zweckmäßig zumindest während des Ver schweißens als dichte Packung unter mechanischem Druck gehalten wird, um eine möglichst homogene Struktur des auf diese Weise erzeugten strangförmigen Formteils zu erzielen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß sich der Raum zwischen den Trägerbändern in Richtung der elektroma gnetischen Strahlungsquelle verengt, oder daß mehrere, hin tereinander geschaltete Trägerbänder vorgesehen sind, von denen die vorlaufenden mit einer höheren Geschwindigkeit als die nachlaufenden Trägerbänder umlaufen. Derartige Trä gerbänder sind an sich aus der eingangs zitierten DE 198 29 562 bekannt. Das Profil des Formteils wird durch die Kontur der umlaufenden Trägerbänder bestimmt.

Eine andere bevorzugte Ausführung sieht vor, daß der Form raum von einem offenen Zylinder gebildet und die in den Zy linder von einer Seite mittels eines Verdrängers aufgegebe ne Partikelschüttung an wenigstens einer hochfrequenten elektromagnetischen Strahlungsquelle kontinuierlich vorbeitransportiert und unter Bildung eines im wesentlichen strangförmigen Formteils verschweißt wird. Der Transport kann dadurch erfolgen, daß der Zylinder das Gehäuse eines Extruders, einer Schnecken- oder Kolbenpresse od. dgl. bil det. Das Profil der aus der Schüttung kontinuierlich erhal tenen Formteile wird durch den Querschnitt des Zylinders festgelegt, wobei die Partikel mittels des Verdrängers ins besondere gegen eine Querschnittsverengung des Zylinders gefördert werden, um in dem dem Strahlungsfeld exponierten Formraum einen mechanischen Druckaufbau zu erzielen.

Die im wesentlichen strangförmigen Formteile können unter Bildung von Blöcken, Platten, Zylindern od. dgl. abgelängt werden.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum thermi schen Verbinden von in einer Schüttung angeordneten Parti keln aus wenigstens einem geschäumten, vorgeschäumten und/oder schäumbaren Polymer zu einem Formteil mit einem die Partikel aufnehmenden Formraum und wenigstens einem hochfrequenten elektromagnetischen Strahlungsfeld, insbe sondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Ver fahrens. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch ge kennzeichnet, daß der Formraum eine Zuführleitung zum Flu ten des die Partikel aufnehmenden Formraums mit einem strahlungsabsorbierenden Fluid, eine Abführleitung zum Ent lüften und/oder Ableiten des Fluids und gegebenenfalls einen Überlauf für das Fluid während des Befüllens auf weist. Während der Überlauf dazu dient, während des Befül lens des Formraums mit dem strahlungsabsorbierenden Medium die im Formraum bzw. in der dem Formraum zuvor aufgegebenen Partikelschüttung eingeschlossene Luft durch das Medium vollständig zu verdrängen, dient die Abführleitung zum Ab leiten des insbesondere in den Dampfzustand überführten Mediums während der Bestrahlung bzw. - im Falle eines Einsatzes von expandierbaren Polymerpartikeln mit nur teilwei ser Ausfüllung ihres Hohlraumvolumens mit dem flüssigen Me dium - zum Ableiten der Restluft aus der Partikelschüttung, während die Partikel bei der Bestrahlung expandieren und aufgrund ihrer Kompressibilität auf diese Weise das Hohl raumvolumen der Schüttung verringert wird, so daß das Hohl raumvolumen unter Verdrängen der Restluft vollständig mit dem flüssigen Medium ausgefüllt wird. Falls kein Überlauf vorgesehen ist, so übernimmt die Abführleitung zusätzlich die Funktion des Überlaufs.

In bevorzugter Ausführung mündet die Zuführleitung in den Formraum im Bereich dessen tiefster Stelle ein und setzt der Überlauf insbesondere im Bereich der höchsten Stelle des Formraums an, um ein steigendes Auffüllen einer in den Formraum eingebrachten Partikelschüttung unter im wesentli chen vollständigem Entweichen der eingeschlossenen Luft zu gewährleisten.

Zur Steuerung des Drucks im Formraum ist vorzugsweise eine mit dem Formraum in Verbindung stehende Drucksteuereinrich tung vorgesehen, die bevorzugt wenigstens ein mit dem Form raum in Verbindung stehendes Steuerventil aufweist.

In bevorzugter Ausführung ist die Zuführleitung mit einem Steuerventil ausgestattet und ist die Zuführleitung weiter hin bevorzugt an einen mit dem Formraum in Verbindung ste henden Druckerzeuger angeschlossen, so daß einerseits eine Drucksteuerung während des Prozesses über die Zuführleitung für das flüssige, strahlungsabsorbierende Medium erfolgen kann, andererseits das Medium beim Befüllen des Formraums in diesem unter Druck gesetzt werden kann. Um eine Druck steuerung über die Abführleitung für das während der Be strahlung insbesondere zumindest teilweise in den gasförmi gen Zustand überführten strahlungsabsorbierenden Mediums zu gewährleisten, ist in weiterhin bevorzugter Ausführung vor gesehen, daß die Abführleitung mit einem Steuerventil aus gestattet ist. In diesem Fall ist in der Abführleitung zwi schen dem Formraum und dem Drucksteuerventil vorzugsweise eine Flüssigkeitsvorlage, wie ein Siphon, angeordnet, wel cher während des Betriebs ein Zurücksaugen von Luft und/oder Dampf in den Formraum zuverlässig verhindert.

Die Drucksteuereinrichtung steht vorzugsweise über einen zumindest einen Teil des Formraums begrenzenden porösen Be reich mit dem Formraum in Verbindung, wobei insbesondere die Abführleitung an mehrere, vorzugsweise jede der Form wände des Formraums angeschlossen ist, um ein gleichmäßiges Abführen des strahlungsabsorbierenden Mediums während der Bestrahlung zu gewährleisten und eine homogene Verteilung des Mediums in der Partikelschüttung und folglich eine ho mogene Temperaturverteilung sicherzustellen, die ein homo genes und gleichförmiges thermisches Verbinden der Partikel gewährleistet. Hierfür sind bevorzugt an dem den Formraum begrenzenden porösen Bereich um den Formraum verteilt ange ordnete Kanäle zum Anschließen der Drucksteuereinrichtung bzw. der mit dieser ausgestatteten Abführleitung auf, wobei die Kanäle beispielsweise zu einer Ringleitung zusammenge schlossen sind, in die die Abführleitung mündet.

Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, daß dem Formwerkzeug eine Förderschnecke zugeordnet ist, mittels der die Parti kel zuführbar sind. Der Förderschnecke ist vorzugsweise ei ne Zugabeeinrichtung für das strahlungsabsorbierende Fluid zugeordnet, so daß die Partikel in diesem eindispergiert im Formraum zuführbar sind.

Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, daß der Formraum aus einem Formwerkzeug gebildet ist, welches aus einem orts festen Werkzeugteil und einem insbesondere in dieses eintauchenden, beweglichen Werkzeugteil besteht, das in seiner einen Position den Formraum schließt und in seiner anderen Position das Einfüllen der Partikel gestattet. Das ortsfe ste Werkzeugteil weist vorzugsweise Anschlüsse für die Zu führleitung und für die Abführleitung bzw. für die insbeson dere an wenigstens eine der Leitungen angeschlossene Drucksteuereinrichtung auf. Je nach Anordnung des Formwerk zeugs kann der zweckmäßig im Bereich der höchsten Stelle des Formraums ansetzende Überlauf entweder im ortsfesten oder auch im beweglichen Werkzeugteil angeordnet sein. An dem ortsfesten Werkzeugteil kann außerhalb des Formraums, aber innerhalb des Fahrwegs des beweglichen Werkzeugteils eine von diesem überfahrbare Füllöffnung zum Einfüllen der Partikel angeordnet sein. Das bewegliche Werkzeugteil ist insbesondere linear, z. B. horizontal oder vertikal, ver fahrbar.

Bevorzugt besteht das Formwerkzeug aus einem für hochfre quente elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässigen Material, wobei es aus fertigungstechnischen Gründen und aus Kostengründen vorzugsweise aus einem den Formraum bildenden, strahlungsdurchlässigen, temperatursta bilen Kunststoff und einem gleichfalls strahlungsdurchläs sigen, im wesentlichen die mechanischen Kräfte aufnehmenden Kunststoff besteht. Während der den Formraum bildende strahlungsdurchlässige Kunststoff insbesondere ein hochwer tiger, thermisch stabiler Kunststoff ist, kann der die äußere Hülle des Formwerkzeugs bildende, den Formraum auf nehmende Kunststoff aus einem minderwertigeren Kunststoff bestehen. Letzterer dient vornehmlich zur Erhöhung der Sta bilität des Formwerkzeugs. In bevorzugter Ausführung kann zumindest ein Teil der den Formraum begrenzenden Flächen des Formwerkzeugs mit einer bezüglich der Strahlung zumin dest teilaktiven Beschichtung versehen sein, um eine aus reichende Erhitzung der Polymerpartikel an den den Formraum begrenzenden Flächen sicherzustellen und dem Formteil eine einwandfreie Oberfläche zu verleihen. Es kann z. B. ein in den Formraum einbringbares Inlay aus einem bezüglich hoch frequenter elektromagnetischer Strahlung zumindest teilak tiven Material vorgesehen sein.

Das Formwerkzeug kann auch aus einem für die Strahlung im wesentlichen undurchlässigen Material bestehen und die Strahlung in den Formraum einkoppelbar sein.

Um einerseits den Abkühlvorgang des Formteils nach dem thermischen Verbinden der Polymerpartikel zu beschleunigen, andererseits den Formraum vor Prozeßbeginn aufzuwärmen, ist das Formwerkzeug vorzugsweise mit den Formraum umgebenden Fluid-Kanälen zum Temperieren des Formwerkzeugs und/oder des Formteils versehen.

Zur Erhöhung der Effektivität der erfindungsgemäßen Vor richtung sind bevorzugt mehrere Formwerkzeuge auf einer Transportstrecke an wenigstens einem hochfrequenten elek tromagnetischen Strahlungsfeld nacheinander vorbeiführbar. Hierfür kann beispielsweise eine Karussellanordnung vorge sehen sein, bei der mehrere Formwerkzeuge auf einem Karus sell mit wenigstens einer Füllstation, wenigstens einer Station mit dem Strahlungsfeld und wenigstens einer Entnah mestation für die Formteile angeordnet sind.

Um eine gleichmäßige und homogene Bestrahlung der Partikel sicherzustellen, kann vorgesehen sein, daß die Richtung des Strahlungsfelds bezüglich dem Formraum veränderbar ist, wo bei z. B. der Formraum in dem Strahlungsfeld drehbar sein kann oder ein oder mehrere Strahlungsfelder bezüglich dem Formraum beweglich angeordnet sein können.

In bevorzugter Ausführung sind das hochfrequente elektroma gnetische Strahlungsfeld und der Formraum zumindest während der Bestrahlung durch eine sie einschließende, für elektro magnetische Strahlung undurchlässige Wandung abgeschirmt.

Die hochfrequente elektromagnetische Strahlungsquelle ist insbesondere eine Mikrowellenstrahlungsquelle. Ihre Strah lungsintensität ist zweckmäßig regelbar.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Ausfüh rungsform eines Formwerkzeugs;

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Karussellanordnung mit dem Formwerkzeug gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer Ausfüh rungsform einer Vorrichtung zur diskontinuierli chen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens während des Befüllens des Formwerkzeugs;

Fig. 4 die Vorrichtung gemäß Fig. 3 während der Bestrah lung und

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer Ausfüh rungsform einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das in Fig. 1 dargestellte Formwerkzeug 1 umfaßt ein orts festes Werkzeugteil 2 nach Art eines Unterwerkzeugs und ein bewegliches Werkzeugteil 3 nach Art eines Oberwerkzeugs, die einen mit einer Schüttung 20 von Polymerschaumpartikeln 19 befüllten Formraum 4 begrenzen. Das bewegliche Werkzeugteil 3 ist bezüglich dem ortsfesten Werkzeugteil 2 zwischen einer Position, die das Einfüllen der Partikel 19 gestattet (nicht gezeigt) und einer Position, in der es in das ortsfeste Werkzeugteil 2 eintaucht und den Formraum 4 verschließt (Fig. 1) linear - in der gezeigten Ausführung ho rizontal - beweglich.

Der Formraum 4 weist eine Zuführleitung 5 zum Fluten des Formraums 4 mit einem strahlungsabsorbierenden Fluid und einen Überlauf 7 für das Fluid während des Befüllens auf, die jeweils in einen Anschluß 8, 10 mit einem Federven til 11 münden. Ferner ist eine in einen ebenfalls mit einem Federventil 11 ausgestatteten Anschluß 9 mündende Abführ leitung 6 zum Entlüften und/oder Ableiten des insbesondere während der Bestrahlung in den dampfförmigen Zustand über führten Fluids vorgesehen. Die Federventile 11 der An schlüsse 8, 9, 10 schließen diese durch Federkraft ab und öffnen sie beim Anschließen eines zugehörigen Anschluß stücks 12 automatisch.

Während die Zuführleitung 5 im Bereich der tiefsten Stelle und der Überlauf 7 im Bereich der höchsten Stelle des Form raums 4 ansetzt, ist die Abführleitung 6 über zu einer Ringleitung 16 zusammengeschlossene, um den Formraum 4 ver teilt angeordnete Kanäle 15 mit dem Formraum 4 verbunden. In der gezeigten Ausführung sind die Kanäle 16 an sämtli che, den Formraum 4 begrenzende Formwände des ortsfesten Werkzeugteils 2 angeschlossen und stehen mit dem Formraum 4 über einen diesen begrenzenden porösen Bereich 13, der ei nerseits eine Diffusion zumindest des in den gasförmigen Zustand überführten strahlungsabsorbierende Mediums, ande rerseits eine einwandfreie Oberfläche eines gebildeten Formteils durch oberflächige Dampfzirkulation ermöglicht, in Verbindung. Das bewegliche Werkzeugteil 3 ist an seiner dem Formraum 4 zugewandten Seite mit einer bezüglich hoch frequenter elektromagnetischer Strahlung zumindest teilak tiven Beschichtung 14 beschichtet, die z. B. aus Phenol-, Epoxydharzen, Polyurethanen, Keramik oder dergleichen be steht. Während die Zuführleitung 5 und die Abführleitung 6 an dem ortsfesten Werkzeugteil 2 angeordnet sind, ist der Überlauf 7 in der gezeigten Ausführung an dem beweglichen Werkzeugteil 3 angeordnet.

Das Formwerkzeug 1 besteht insbesondere aus einem für hoch frequente elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässigen Material, wobei der den Formraum 4 begrenzen de poröse Bereich 13 des ortsfesten Werkzeugteils 2 bei spielsweise aus einem hochwertigen, temperaturstabilen Kunststoff, z. B. Polytetrafluorehten (PTFE), und der den porösen Bereich 13 umgebende, die Leitungen 5, 6, 16 auf nehmende Bereich aus einem im wesentlichen die mechanischen Kräfte aufnehmenden, minderwertigeren Kunststoff besteht.

Das Formwerkzeug 1 - in der gezeigten Ausführung das orts feste Werkzeugteil 2 - weist ferner um den Formraum 4 ver teilt angeordnete Fluid-Kanäle 17 zum Temperieren des Form werkzeugs 1 bzw. des erhaltenen Formteils auf, welche über einen Einlaßstutzen 18a und einen Auslaßstutzen 18b mit ei nem gasförmigen (z. B. Druckluft) oder flüssigen (z. B. Was ser) Heiz- bzw. Kühlmedium beaufschlagbar sind.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer Karussellanord nung 21 mit dem Formwerkzeug 1 gemäß Fig. 1 entnehmbar. Hierbei sind mehrere Formwerkzeuge 1 auf einem Karussell mit einer Füllstation A zum Aufgeben der Polymerparti kel 19, einer Füllstation B zum Fluten des Formraums 4 mit einem flüssigen, strahlungsabsorbierenden Medium, einer Station C mit einem Strahlungsfeld 26 zum thermischen Ver binden der Polymerpartikel 19, einer Kühlstation D zum Kühlen des erhaltenen Formteils 25 sowie einer Entnahmesta tion E für das Formteil 25 angeordnet. Die Füllstation B ist mit einer Drucksteuereinrichtung ausgestattet, welche ein in einer Zuführleitung 5 für das flüssige, strahlungs absorbierende Medium angeordnetes Steuerventil 22 und einem Druckerzeuger 23 aufweist. Mittels der Drucksteuereinrich tung ist der Druck im Formraum 4 und somit das Verhältnis von Polymerpartikeln 19 zu strahlungsabsorbierendem Medium während des Befüllens exakt einstellbar. Die Bestrahlungs station C weist ebenfalls eine Drucksteuereinrichtung mit einem in der Abführleitung 6 angeordneten Drucksteuerven til 24 sowie eine Strahlungsquelle 39, z. B. eine Mikrowel lenstrahlungsquelle, auf. Das Steuerventil 24 dient zum Steuern des Drucks im Formraum während der Bestrahlung, z. B. durch geregeltes Ablassen des in die Dampfphase über führten strahlungsabsorbierenden Mediums.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Polymerpartikel 19, z. B. geschäumte Polymerpartikel 19 aus EPP, in der Füllstation A in das offene ortsfeste Werk zeugteil 2 des Formwerkzeugs 1 eingebracht und durch Schließen des Formwerkzeugs 1 mittels des beweglichen Werk zeugteils 3 mechanisch komprimiert. In der Füllstation B wird der Formraum 4 über die Zuführleitung 5 unter Verdrän gen der in den Hohlräumen der Partikelschüttung 20 befind lichen Luft steigend mit einem flüssigen, elektromagneti sche Strahlung absorbierenden Medium, z. B. Wasser, geflu tet. Mittels des Steuerventils 22 und dem Druckerzeuger 23 der Drucksteuereinrichtung wird der gewünschte Druck im Formraum 4 eingestellt. Die von dem flüssigen Medium ver drängte Luft wird über den Überlauf 7 abgeführt; die mit dem den Formraum 4 umgebenden porösen Bereich des Formwerk zeugs 1 (Fig. 1) in Verbindung stehende Abführleitung wurde zuvor geschlossen. Nach Befüllen wird das z. B. aus PTFE be stehende Formwerkzeug 1 in der Bestrahlungsstation C in einem elektromagnetischen Strahlungsfeld 26 einer Strahlungs quelle 39 angeordnet, so daß die Polymerpartikel 19 eine homogene, innige und dauerhafte Schweißverbindung eingehen. Während der Bestrahlung wird der Druck im Formraum 4 mit tels des in der Abführleitung 6 angeordneten Steuerven tils 24 der Drucksteuereinrichtung eingestellt und gegebe nenfalls die Richtung des Strahungsfelds 26 bezüglich dem Formwerkzeug 1 verändert, indem letzteres z. B. im Strah lungsfeld 26 gedreht wird. Das elektromagnetische Strahlung absorbierende Medium kann während der Bestrahlung teilweise oder auch zur Gänze verdampft und über das Steuerventil 24 aus dem Formraum 4 abgeführt werden. Wird das Medium nicht vollständig verdampft und aus dem Formraum 4 abgeführt, so ist beispielsweise eine drucklose Trocknung des erhaltenen Formteils mittels hochfrequenter elektromagnetischer Strah lung 26 bei geöffnetem Steuerventil 24 möglich. Alternativ kann eine Vakuumtrocknung vorgesehen sein. Nach der Be strahlung wird das durch thermisches Verbinden der Parti kel 19 erhaltene Formteil 25 in der Kühlstation D gekühlt, indem die Fluid-Kanäle des Formwerkzeugs 1 (Fig. 1) über die Stutzen 18a, 18b mit einem Kühlmedium beaufschlagt werden. In der Entnahmestation E wird das Formwerkzeug 1 geöffnet und das Formteil 25 entnommen.

Fig. 3 und 4 zeigen jeweils eine Vorrichtung zur diskontinu ierlichen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens während des Befüllens eines Formraums 4 mit Polymerparti keln 19 (Fig. 3) sowie beim thermischen Verbinden der Par tikelschüttung 20 mittels hochfrequenter elektromagneti scher Strahlung 26 (Fig. 4). Die Vorrichtung weist ein Formwerkzeug 1 mit einem ortsfesten Werkzeugteil 2 und ei nem beweglichen Werkzeugteil 3 auf, wobei das bewegliche Werkzeugteil 3 linear horizontal verfahrbar ist (Pfeil 40). Das ortsfeste Werkzeugteil 2 weist einen den Formraum 4 um gebenden porösen Werkzeugbereich 13 auf, an dem verteilt angeordnete Kanäle 15 angeordnet sind, welche in eine Ring leitung 16 münden, an die eine Abführleitung 6 zum Abführen des z. B. während des Bestrahlens in den gasförmigen Zustand überführten strahlungsabsorbierenden Fluids angeschlossen ist. Die Abführleitung 6 ist über die Ringleitung 16 und die Kanäle 15 an die obere Formwand des Formraums 4 des ortsfesten Werkzeugteils 2 sowie an die sowohl von dem ortsfesten 2 als auch von dem beweglichen Werkzeugteil 3 gebildeten seitlichen Formwände des Formraums 4 angeschlos sen. Die untere Formwand des Formraums 4 ist über die mit dem porösen Werkzeugbereich 13 in Verbindung stehenden Ka näle 15 mit einer Zuführleitung 5 für das strahlungsabsor bierende Fluid 27 verbunden. Das ortsfeste Werkzeugteil 2 weist ferner eine Füllöffnung 45 auf, welche von dem beweg lichen Werkzeugteil 3 überfahrbar ist (Pfeil 40). In der in Fig. 3 dargestellten Position gibt das bewegliche Werkzeug teil 3 die Füllöffnung 45 frei, so daß die Partikel 19 über ein Füllrohr 44 in den Formraum 4 gelangen. In der in Fig. 4 gezeigten Position ist die Füllöffnung 45 durch Ver fahren des beweglichen Werkzeugteils 3 unter mechanischem Komprimieren der Partikel 19 im Formraum 4 verschlossen. Entgegen der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform eines Formwerkzeugs weist das Formwerkzeug 1 der Vorrichtung ge mäß Fig. 3 und 4 keinen mit dem Formraum 4 verbundenen Überlauf für das strahlungsabsorbierende Fluid auf. In die sem Fall dient die über den porösen Werkzeugbereich 13, die Kanäle 15 und die Ringleitung 16 mit dem Formraum 4 verbun dene Abführleitung 6 z. B. zum vollständigen Abführen der Restluft beim Befüllen des Formraums 4 mit dem Fluid.

Dem Formwerkzeug 1 ist eine Strahlungsquelle 39 zum Erzeu gen eines hochfrequenten elektromagnetischen Strahlungs felds 26 zugeordnet, wobei sowohl das Formwerkzeug 1 als auch die Strahlungsquelle 39 von einer für elektromagneti sche Strahlung undurchlässigen Wandung 28 abgeschirmt sind; zwischen der Strahlungsquelle 39 und dem Formwerkzeug 1 ist eine für die Strahlung 26 durchlässige Druckwand 29 ange ordnet.

Zum Aufgeben der Polymerpartikel 19 ist eine Förderschnec ke 41 mit einer Aufgabeeinrichtung 42 vorgesehen, welche über ein Füllrohr 44 mit der Aufgabeöffnung 45 des Form werkzeugs 1 verbunden ist. Die Förderschnecke 41 weist in der gezeigten Ausführung eine Zugabeeinrichtung 43 für das strahlungsabsorbierende Fluid 27 auf, mittels der die Par tikel 19 in das Fluid 27 eindispergiert dem Formraum 4 zu führbar sind. Alternativ oder zusätzlich ist der Formraum 4 über die Zuführleitung 5 steigend mit dem Fluid 27 flutbar, wobei in diesem Fall vorzugsweise eine Drucksteuereinrich tung mit einem Steuerventil 22 und einem Druckerzeuger 23 vorgesehen ist, um im Formraum 4 während des Befüllens den gewünschten Druck einzustellen. Die Zuführleitung 5 ist über ein Absperrventil 30 mit der Ringleitung 16 verbunden, so daß der Formraum 4 einerseits durch Schließen des Ab sperrventils 30 und Öffnen des Steuerventils 22 mit dem Fluid flutbar ist. Andererseits kann die Zuführleitung 5 durch Schließen des Steuerventils 22 und Öffnen des Ab sperrventils 30 (Fig. 2) zum Abführen des in den gasförmi gen Zustand überführten Fluids während des thermischen Ver bindens der Partikel 19 mittels hochfrequenter elektroma gnetischer Strahlung 26 dienen (Fig. 4).

Die in die Ringleitung 16 mündende Abführleitung 6 weist an einem Abschnitt 6a wiederum eine Steuereinrichtung in Form eines Steuerventils 24 auf, um durch Zurückhalten oder ge steuertes oder schlagartiges Abführen des strahlungsabsor bierenden Fluids während des thermischen Verbindens den In nendruck in dem Formraum 4 und dadurch die gewünschte Schweißtemperatur einzustellen. Zwischen der Abführlei tung 6 und dem Abschnitt 6a mit dem Steuerventil 24 ist eine Flüssigkeitsvorlage 38 in Form eines Siphons angeord net, welche während des Betriebs (Fig. 4) ein Zurücksaugen von Luft in den Formraum 4 verhindert. In den zwischen der Flüssigkeitsvorlage 38 und dem Steuerventil 24 angeordneten Abschnitt 6a der Abführleitung 6 mündet eine Abzweiglei tung 6b mit einem Entlüftungsventil 31, welches beispiels weise zum Abführen der im Formraum 4 beim Befüllen ver drängten Luft dient. An den Abschnitt 6a der Abführlei tung 6 ist weiterhin eine Abzweigleitung 6c mit einem mit einer Vakuumpumpe 33 in Verbindung stehenden Vakuumven til 32 angeschlossen, um das durch thermisches Verbinden der Polymerpartikel 19 erhaltene Formteil entweder drucklos oder bei Unterdruck zu trocknen. Zum Temperieren des Form werkzeugs 1 mit einem flüssigen (z. B. Wasser) oder gasför migen Temperiermedium (z. B. Druckluft) ist ferner eine mit dem Abschnitt 6a verbundene Abzweigleitung 6d mit einem mit einer Flüssigkeitspumpe 35 in Verbindung stehenden Tempe rierflüssigkeitsventil und eine ebenfalls mit dem Ab schnitt 6a verbundene Abzweigleitung 6e mit einem mit einer Gaspumpe 37 in Verbindung stehenden Temperiergasventil 36 vorgesehen.

Die gezeigte Vorrichtung ermöglicht aufgrund der Zugabeein richtung 43 sowohl ein Aufgeben von in das strahlungsabsor bierende Fluid 27 eindispergierten Partikeln 19 als auch aufgrund der Zuführleitung 5 ein steigendes Fluten des Formraums 4, wobei der Druck im Formraum 4 während des Be füllens über das Steuerventil 22 und den Druckerzeuger 23 der Drucksteuereinrichtung einstellbar ist (Fig. 3). Wäh rend der Bestrahlung (Fig. 4) kann der Druck im Formraum mittels des in der Abführleitung 6 angeordneten Steuerven tils 24 geregelt werden, wobei die Zuführleitung 5 während der Bestrahlung durch Schließen des Steuerventils 22 und Öffnen des Absperrventils 30 über die Ringleitung 16 mit der Abführleitung 6 verbunden werden kann, so daß sie eben falls zum Abführen des Mediums 27 dient.

Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung weist einen Verdränger in Form einer Förderschnecke 41 nach Art eines Extruders mit einer Aufgabeeinrichtung 42 zum Aufgeben der Polymerpartikel 19 auf. Die Förderschnecke 41 ist mit einer Zugabeeinrichtung 43 für das strahlungsabsor bierende Fluid 27 ausgestattet, um die Partikel 19 in das Fluid 27 einzudispergieren. Die Förderschnecke 41 mündet über ein als Zuführleitung 5 dienendes Füllrohr 44 in den eigentlichen Formraum 4, der von einem Zylinder 46 mit ei ner Querschnittsverengung 47 zur mechanischen Verdichtung der Partikel 19 gebildet ist. Den Zylinder 46 umgebend ist eine elektrische Strahlungsquelle 39 angeordnet, die z. B. ringförmig ausgebildet sein kann (nicht dargestellt), um die Richtung des von der Strahlungsquelle 39 erzeugten elektromagnetischen Strahlungsfeld 26 bezüglich dem Form raum 4 zu verändern und/oder den Formraum 4 um den gesamten Umfang des Zylinders 46 zu bestrahlen. Der Zylinder 48 und die Strahlungsquelle 39 sind von einer sie einschließenden, strahlungsundurchlässigen Wandung 28 von der Umgebung abge schirmt.

Zur Steuerung des Drucks im Formraum 4 ist eine mit dem Formraum 4 über eine Zuführleitung 5 in Verbindung stehende Drucksteuereinrichtung mit einem Druckerzeuger 23 und einem Steuerventil 22 vorgesehen, mittels dessen z. B. das Massen verhältnis zwischen den kompressiblen Polymerpartikeln 19 und dem strahlungsabsorbierenden Fluid 27 durch Druckbeauf schlagen des Formraums 4 mit dem strahlungabsorbierenden Fluid 27 eingestellt werden kann. Alternativ oder zusätz lich kann die die Zugabeeinrichtung 43 mit der Förder schnecke 41 verbindende Zuführleitung 5a mit einem Steuerventil (nicht gezeigt) ausgestattet werden und zum Einstel len des gewünschten Drucks bzw. des Massenverhältnisses zwischen Partikel 19 und Fluid 27 dienen.

In den Formraum 4 mündet weiterhin eine Abführleitung 6, welche über eine Flüssigkeitsvorlage 38 mit einem Steuer ventil 24 verbunden ist. Letzteres dient ebenfalls zur Steuerung des Drucks im Formraum 4 durch geregeltes Ablas sen des bei der Bestrahlung in den gasförmigen Zustand überführten Fluids 27.

Mit Abstand vom Formraum 4 ist eine Transporteinrichtung 49 in Form von Rollen und eine hieran anschließende Kühl- und Trocknungseinrichtung 50 angeordnet, um das durch thermi sches Verbinden der Polymerpartikel 19 erzeugte strangför mige Formteil 48 kontinuierlich weiterzutransportieren und währenddessen vollständig zu trocknen. Das getrocknete Formteil 48 kann anschließend einer Trenneinrichtung (nicht gezeigt) zum Ablängen desselben unter Bildung von Blöcken, Platten, Zylindern oder dergleichen zuführbar sein.

Anstelle des Zylinders 46 können auch umlaufende Trägerbän der vorgesehen sein, zwischen denen die in das strahlungs absorbierende Medium 27 eindispergierten Partikel 19 konti nuierlich an der hochfrequenten elektromagnetischen Strah lungsquelle 39 vorbeigeführt werden.

Bezugszeichenliste

1

Formwerkzeug

2

ortsfestes Werkzeugteil

3

bewegliches Werkzeugteil

4

Formraum

5

,

5

a Zuführleitung

6

,

6

a Abführleitung

6

b,

6

c,

6

d,

6

e Abzweigleitung

7

Überlauf

8

Anschluß

9

Anschluß

10

Anschluß

11

Federventil

12

Anschlußstück

13

poröser Werkzeugbereich

14

teilaktive Beschichtung

15

verteilt angeordnete Kanäle

16

Ringleitung

17

Fluid-Kanal

18

a Einlaßstutzen

18

b Auslaßstutzen

19

Polymerpartikel

20

Partikelschüttung

21

Karussellanordnung

22

Steuerventil Zuführleitung

23

Druckerzeuger

24

Steuerventil Abführleitung

25

Formteil

26

hochfrequente elektromagnetische Strahlung

27

strahlungsabsorbierendes Medium

28

strahlungsundurchlässige Wandung

29

Druckwand

30

Absperrventil

31

Entlüftungsventil

32

Vakuumventil

33

Vakuumpumpe

34

Temperierflüssigkeitsventil

35

Flüssigkeitspumpe

36

Temperiergasventil

37

Gaspumpe

38

Flüssigkeitsvorlage

39

Strahlungsquelle

40

Fahrweg

41

Förderschnecke

42

Aufgabeeinrichtung

43

Zugabeeinrichtung

44

Füllrohr

45

Füllöffnung

46

Zylinder

47

Querschnittsverengung

48

strangförmiges Formteil

49

Transporteinrichtung

50

Kühl- und Trocknungseinrichtung
A Füllstation
B Füllstation
C Bestrahlungsstation
D Kühlstation
E Entnahmestation

Claims

1. Verfahren zum thermischen Verbinden von in einer Schüt tung angeordneten Partikeln aus wenigstens einem ge schäumten, vorgeschäumten und/oder schäumbaren Polymer zu Formteilen mittels hochfrequenter elektromagneti scher Strahlung, indem die Partikel bei Anwesenheit eines elektromagnetische Strahlung absorbierenden, flüssigen Mediums unter Kontakt ihrer Grenzflächen und Einwirken der Strahlung zumindest oberflächig miteinan der zu dem Formteil thermisch verbunden werden und die ses anschließend abgekühlt wird, dadurch gekennzeich net, daß das Hohlraumvolumen der Schüttung vor oder während der Bestrahlung im wesentlichen vollständig mit dem flüssigen Medium ausgefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hochfrequente elektromagnetische Strahlung in einem Frequenzbereich zwischen 100 MHz und 10 GHz (Mikrowel len) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß geschäumte Polymerpartikel aus expandierbaren Polymeren eingesetzt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Partikelschüttung in einem Form raum eingeschlossen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel in loser Schüttung in den Formraum aufge geben werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schüttung in dem Formraum kompak tiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß das Massenverhältnis der Partikel zu dem flüssigen Medium durch den Druck in dem Formraum vor und/oder nach dem Auffüllen der Partikel gesteuert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Partikel in den Formraum aufgege ben werden und das flüssige Medium unter Verdrängen der in der Partikelschüttung befindlichen Luft in den Form raum eingespeist wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch ge kennzeichnet, daß das flüssige Medium in den Formraum steigend eingespeist wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die Partikelschüttung in dem Formraum mechanisch komprimiert und das flüssige Medium an schließend in den Formraum eingespeist wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Partikel in das flüssige Medium eindispergiert und die Dispersion in den Formraum aufgegeben wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion unter Druck in den Formraum aufgegeben wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die Dispersion mittels eines Schnecken- oder Kolbenverdrängers in den Formraum aufgegeben wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß das flüssige Medium in den Formraum eingespeist wird und die Partikel unter Verdrängen des flüssigen Mediums in den Formraum aufgegeben werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium in dem Formraum unter Druck gesetzt wird und die Partikel mit höherem Druck aufgegeben wer den.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium mittels der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung unter Druckaufbau in dem Formraum zumindest teilweise ver dampft wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Formraum durch den Druck des strahlungsabsorbierenden Mediums ge steuert wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Formraum über den Dampfdruck des strah lungsabsorbierenden Mediums gesteuert wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekenn zeichnet, daß der Druck im Formraum nach Erreichen der gewünschten Schweißtemperatur durch Abführen von Medium im wesentlichen konstant gehalten wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Formraum nach Errei chen der Schweißtemperatur und gegebenenfalls Halten dieser Temperatur durch Abführen von Medium reduziert wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Formraum schlagartig reduziert wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das durch thermisches Verbinden der Partikel erhaltene Formteil mittels der elektromagneti schen Strahlung im wesentlichen drucklos getrocknet wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil durch Anlegen von Un terdruck am Formraum getrocknet wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Formraum und/oder das Formteil temperiert wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Trägerschicht, ins besondere aus wenigstens einem Polymer, in dem Formraum angeordnet und mit den Partikeln hinter- bzw. umschäumt wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Deckschicht, insbe sondere aus wenigstens einem Polymer, in dem Formraum angeordnet und mit den Partikeln hinterschäumt wird.

27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekenn zeichnet, daß die Träger- und/oder die Deckschicht an ihrer Verbindungsfläche mit den Partikeln mit wenig stens einer strahlungsabsorbierenden Substanz beschich tet wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Formraum von einem verschließ baren Formwerkzeug gebildet und die Partikelschüttung bei geschlossenem Formwerkzeug diskontinuierlich unter Bildung des Formteils verschweißt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Formwerkzeuge in einer Karussellanordnung mit einer das hochfrequente elektromagnetische Feld aufwei senden Station geführt werden.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Formraum zwischen umlaufenden Trägerbändern gebildet und die Partikelschüttung mit tels der Trägerbänder kontinuierlich an wenigstens ei ner hochfrequenten elektromagnetischen Strahlungsquelle vorbeigeführt und unter Bildung eines im wesentlichen strangförmigen Formteils verschweißt wird.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Formraum von einem offenen Zy linder gebildet und die in den Zylinder von einer Seite mittels eines Verdrängers aufgegebene Partikelschüttung an wenigstens einer hochfrequenten elektromagnetischen Strahlungsquelle kontinuierlich vorbeitransportiert und unter Bildung eines im wesentlichen strangförmigen Formteils verschweißt wird.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel mittels des Verdrängers gegen eine Quer schnittsverengung des Zylinders gefördert werden.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen strangförmigen Formteile unter Bildung von Blöcken, Platten, Zylindern oder dergleichen abgelängt werden.

34. Vorrichtung zum thermischen Verbinden von in einer Schüttung (20) angeordneten Partikeln (19) aus wenig stens einem geschäumten, vorgeschäumten und/oder schäumbaren Polymer zu einem Formteil (25, 48) mit einem die Partikel (19) aufnehmenden Formraum (4) und wenigstens einem hochfrequenten elektromagnetischen Strahlungsfeld (26), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Formraum (4) eine Zuführlei tung (5) zum Fluten des die Partikel (19) aufnehmenden Formraums (4) mit einem strahlungsabsorbierenden Fluid (27) und eine Abführleitung (6) zum Entlüften und/oder Ableiten des Fluids (27) und gegebenenfalls einen Überlauf (7) für das Fluid (27) während des Be füllens aufweist.

35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (5) in den Formraum (4) im Be reich dessen tiefster Stelle einmündet.

36. Vorrichtung nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekenn zeichnet, daß der Überlauf (7) im Bereich der höchsten Stelle des Formraums (4) ansetzt.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 36, gekenn zeichnet durch eine mit dem Formraum (4) in Verbindung stehende Drucksteuereinrichtung zur Steuerung des Drucks im Formraum (4).

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuereinrichtung wenigstens ein mit dem Formraum (4) in Verbindung stehendes Steuerventil (22, 24) aufweist.

39. Vorrichtung nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zuführleitung (5) mit einem Steuer ventil (22) ausgestattet ist.

40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (5) an einen mit dem Formraum (4) in Verbindung stehenden Druckerzeuger (23) angeschlossen ist.

41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Abführleitung (6) mit einem Steuerventil (24) ausgestattet ist.

42. Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abführleitung (6) zwischen dem Formraum (4) und dem Steuerventil (24) eine Flüssigkeitsvorla ge (38), wie ein Siphon, angeordnet ist.

43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuereinrichtung über einen zumindest einen Teil des Formraums (4) begrenzen den porösen Bereich (13) mit dem Formraum (4) in Ver bindung steht.

44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Abführleitung (6) an mehrere Formwände des Formraums (4) angeschlossen ist.

45. Vorrichtung nach Anspruch 43 oder 44, dadurch gekenn zeichnet, daß an dem den Formraum (4) begrenzenden po rösen Bereich (13) um den Formraum (4) verteilt ange ordnete Kanäle (15) zum Anschließen der Drucksteuerein richtung angeordnet sind.

46. Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (15) zu einer Ringleitung (16) zusammen geschlossen sind.

47. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß dem Formraum (4) eine Förderschnec ke (41) zugeordnet ist, mittels der die Partikel (19) zuführbar sind.

48. Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderschnecke (41) eine Zugabeeinrichtung (43) für das strahlungsabsorbierende Fluid (27) zugeordnet ist und die Partikel (19) in diesem dispergiert dem Formraum (4) zuführbar sind.

49. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 48, dadurch gekennzeichnet, daß der Formraum (4) von einem Form werkzeug (1) gebildet ist, welches aus einem ortsfesten Werkzeugteil (2) und einem beweglichen Werkzeugteil (3) besteht, das in seiner einen Position den Formraum (4) schließt, in seiner anderen Position das Einfüllen der Partikel (19) gestattet.

50. Vorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Werkzeugteil (2) in das ortsfeste Werkzeugteil (5) eintaucht.

51. Vorrichtung nach Anspruch 49 oder 50, dadurch gekenn zeichnet, daß das ortsfeste Werkzeugteil (2) Anschlüs se (8, 9) für die Zuführleitung (5) und für die Abführ leitung (6) aufweist.

52. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 49 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß an dem ortsfesten Werkzeugteil (2) außerhalb des Formraums (4), aber innerhalb des Fahr wegs (40) des beweglichen Werkzeugteils (3) eine von diesem überfahrbare Füllöffnung (45) zum Einfüllen der Partikel (19) angeordnet ist.

53. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 49 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Werkzeugteil (3) li near verfahrbar ist.

54. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 49 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (1) aus einem für hochfrequente elektromagnetische Strahlung (26) zumin dest teilweise durchlässigen Material besteht.

55. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 49 bis 54, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (1) aus einem den Formraum (4) bildenden, strahlungsdurchlässigen, tempe raturstabilen Kunststoff und einem gleichfalls strah lungsdurchlässigen, im wesentlichen die mechanischen Kräfte aufnehmenden Kunststoff besteht.

56. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 49 bis 55, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der den Form raum (4) begrenzenden Flächen des Formwerkzeugs (1) mit einer bezüglich der Strahlung zumindest teilaktiven Be schichtung versehen sind.

57. Vorrichtung nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, daß ein in den Formraum (4) einbringbares Inlay aus dem teilaktiven Material vorgesehen ist.

58. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 49 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (1) aus einem für die Strahlung (26) im wesentlichen undurchlässigen Ma terial besteht und die Strahlung (26) in den Form raum (4) einkoppelbar ist.

59. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 49 bis 58, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (1) den Form raum (4) umgebende Fluid-Kanäle (17) zum Temperieren des Formwerkzeugs (1) und/oder der Formteile 25, 48) aufweist.

60. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 49 bis 59, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Formwerkzeuge (1) auf einer Transportstrecke an wenigstens einem hochfrequenten elektromagnetischen Strahlungsfeld (26) nacheinander vorbeiführbar sind.

61. Vorrichtung nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Formwerkzeuge (1) auf einem Karussell mit wenigstens einer Füllstation (A, B), wenigstens einer Station (C) mit dem Strahlungsfeld (26) und wenigstens einer Entnahmestation (E) für die Formteile (25) ange ordnet sind.

62. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 61, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Strahlungsfelds (26) bezüglich dem Formraum (4) veränderbar ist.

63. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 62, dadurch gekennzeichnet, daß das hochfrequente elektromagneti sche Strahlungsfeld (26) und der Formraum (4) zumindest während der Bestrahlung durch eine sie einschließende, für elektromagnetische Strahlung (26) undurchlässige Wandung (28) abgeschirmt sind.

64. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 63, dadurch gekennzeichnet, daß das hochfrequente elektromagneti sche Strahlungsfeld (26) ein Mikrowellenfeld ist.