DE10065487A1 - IM-Formschäumverfahren für synthetisches Polyolefinharz und IM-Formschäumteile - Google Patents

Abstract

Aufgaben der Erfindung sind die Bereitstellung einer praktisch anwendbaren, neuen Formschäumapparatur, bei der die Formoberflächen keine Luftdüsen haben, und die Bereitstellung einer IM-Formschäumapparatur sowie eines Verfahrens zur Verkürzung der Abkühldauer für Formteile. Ein Formenhohlraum wird mit vorgeschäumten Kügelchen, die ein synthetisches Polyolefinharz umfassen, gefüllt; diese werden mit Wasserdampf erhitzt und verschmolzen und das Formteil wird abgekühlt, wobei während des Abkühlvorgangs der Druck des geschäumten Harzes gegen die Formen nacheinanderfolgend mittels eines Anpressdrucksensors gemessen wird und wenn der Druck des geschäumten Harzes gegen die Formen einen für das spezielle Formteil vorbestimmten Druck erreicht hat, das Abkühlen des Formteils beendet wird, das Formteil aus der Form herausgenommen wird und das Formteil anschließend in eine Halterung gespannt wird, um die Gestalt des Formteils zu stabilisieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formschäumverfahren für synthetisches Poly­ olefinharz im Formwerkzeug (nachstehend als "IM-Formschäumverfahren" bezeichnet), in dem vorgeschäumte Kügelchen, die synthetisches Polyolefinharz umfassen, eingesetzt werden, und im Formwerkzeug formgeschäumte Teile (nachstehend als "IM- Formschäumteile" bezeichnet).

Existierende IM-Formschäumapparaturen zur Herstellung von Formteilen, in denen vorgeschäumte Kügelchen eingesetzt werden, die thermoplastische synthetische Harze umfassen, schließen Apparaturen ein, umfassend eine Kernform und eine Hohlraumform; Einfüllvorrichtungen zum Füllen des Formenhohlraums, der zwischen diesen zwei Formen entsteht, mit vorgeschäumten Kügelchen; Dampfeinleitungsvorrichtungen zum Durchleiten von Wasserdampf durch die vorgeschäumten, in den Formenhohlraum gepackten Kügelchen, um diese zu erhitzen, zu schäumen und zu verschmelzen; und Kühlvorrichtungen zum Abkühlen des Formteils durch Sprühen von Kühlwasser auf die Rückseiten der Kern- und Hohlraumform. An der Rückwand der Kernform und der Hohlraumform sind Kammern definiert und die Kernform und die Hohlraumform sind mit Luftdüsen versehen, wie Kern­ entlüftungen oder Kernentlüftungslöcher, die mit dem Formenhohlraum in Verbindung stehen. Während des Einfüllvorgangs der vorgeschäumten Kügelchen fungieren die Kammern als Auslassräume für Luft, die zusammen mit den vorgeschäumten Kügelchen in den Formenhohlraum eindringt; während des Erhitzens, Schäumens und Schmelzens fungieren sie als Kammern zur Versorgung des Formenhohlraums mit. Wasserdampf; und während des Abkühlens fungieren sie als Kühlzellen, in denen Kühlwasser auf die Rückseiten der Kern- und Hohlraumform gesprüht werden kann.

Das Verfahren zum Formen des Formteils unter Verwendung einer Formapparatur die­ ses Typs besteht grundsätzlich aus den folgenden vier Schritten.

Während des anfänglichen Einfüllvorgangs wird zwischen dem Formenhohlraum und einem Behälter für das Ausgangsmaterial, der die vorgeschäumten Kügelchen enthält, eine Druckdifferenz aufgebaut und die vorgeschäumten Kügelchen werden auf einem Luftstrom aus dem Behälter für das Ausgangsmaterial in den Formenhohlraum getragen, wodurch der Formenhohlraum gefüllt wird. Typische Füllverfahren schließen Spaltfüllen, Verdichtungs­ füllen, Druckfüllen und dergleichen ein.

In einem nachfolgenden Heiz/Schmelzschritt wirkt Dampfdruck auf die Kammern ein, woraufhin die vorgeschäumten Kügelchen durch Wasserdampf, der in den Formenhohlraum durch die Luftdüsen eindringt, erhitzt und verschmolzen werden. Weil Luft, die in den Zwi­ schenräumen der vorgeschäumten Kügelchen verbleibt, das Verschmelzen der vorgeschäum­ ten Kügelchen erschweren kann, wird der Wasserdampf durch den Formenhohlraum geleitet, um jegliche Luft, die in den Zwischenräumen der vorgeschäumten Kügelchen verbleibt, vor dem Durchführen des Erhitzens/Schmelzens gegen Wasserdampf auszutauschen.

In einem nachfolgenden Kühlschritt wird Kühlwasser auf die Rückseiten der Formen gerichtet, um das Formteil abzukühlen. Während dieses Vorgangs wird das Formteil indirekt über die Formen abgekühlt, indem das Kühlwasser auf die Formen von der Rückseite her gerichtet wird, und es wird auch direkt durch Kühlwasser abgekühlt, das durch die Luft­ düsen in den Formenhohlraum eindringt.

In einem nachfolgenden Formentrennschritt werden die Formen getrennt und das Formteil wird herausgenommen. Der Zeitpunkt des Formentrennens wird typischerweise unter Bezug auf die Zeitdauer festgelegt, die seit dem Beginn des Besprühens mit Kühlwasser vergangen ist. Wenn das Formteil soeben aus der Form herausgenommen wurde, weist es aufgrund des hohen Dampfdrucks und Luftdrucks im Inneren der Kügelchen eine ausreichende Formbeständigkeit auf, aber mit der Zeit kondensiert der Wasserdampf und das Formteil neigt zum Zusammenziehen. Dementsprechend ist erwünscht, dass das Formteil angemessen abgekühlt wird und, wenn es strenge Anforderungen an die Gestalt und Abmessungen des Formteils gibt, kann das Formteil in eine Halterung gespannt werden, bis sich Gestalt und Abmessungen stabilisieren.

Das vorstehend beschriebene Formschäumverfahren ist das hauptsächliche Formver­ fahren, das gegenwärtig angewandt wird. Jedoch besitzt dieses Formverfahren eine Anzahl von Nachteilen, wie die Folgenden.

• 1. Um die geringere Festigkeit der Form auszugleichen, die daraus resultiert, dass die For­ men von einer Vielzahl von Luftdüsen perforiert sind, muss beispielsweise die Wanddicke der Form für Formen, die aus Aluminiumlegierungen bestehen, in der Größenordnung von 8 bis 12 mm liegen. Dies hat jedoch die Auswirkung, dass die Wärmekapazität der Form zunimmt, wodurch der thermische Wirkungsgrad während des Erhitzens/Abkühlens verringert wird, so dass die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs oder der Temperaturabnahme langsamer ist, woraus eine geringere Regelungsgenauigkeit resultiert.
• 2. Typischerweise ist ein Formenpaar mit einigen 2000 bis 4000 Luftdüsen versehen, so dass das Verfahren zur Herstellung der Düsen kompliziert ist und zu höheren Herstellungskosten führt. Weil die Kernentlüftungen von Hand in Montageöffnungen, die in der Form vorhanden sind, eingebaut werden, ist der Vorgang ziemlich kompliziert und Schäden an der Formenoberfläche sind unvermeidbar, demzufolge ist ein Retuschiervorgang notwendig.
• 3. Weil das Verstopfen der Luftdüsen, wie der Kernentlüftungen oder Kernentlüftungs­ löcher, durch Kesselstein oder dergleichen zu Heizfehlern, Formentrennfehlern oder Kühlfehlern führen kann, müssen die Kernentlüftungen ausgetauscht oder periodisch mit Wasser unter Hochdruck gereinigt oder einem anderen Wartungsvorgang unterzogen werden.
• 4. Weil die Luftdüsen auf den Formschäumoberflächen Spuren hinterlassen, leidet die visuelle Anziehungskraft der Formteile und, wenn die Außenfläche bedruckt wird oder dergleichen, sind die Spuren der Luftdüsen ein Hindernis für einen ansprechenden Druck.
• 5. Weil das Formschäumteil nach dem Formen durch Einsprühen von Kühlwasser in die Kammer abgekühlt wird, dringt Wasser durch die Luftdüsen in den Formenhohlraum ein, wodurch sich im Formteil ein Wassergehalt von etwa 6 bis 10% ergibt, was einen Trocknungsvorgang notwendig macht. Ferner muss, weil das Kühlwasser mit dem Formteil in direkten Kontakt kommt, die Qualität des Kühlwassers kontrolliert werden, um unkontaminierte Formteile herzustellen.
• 6. Da alle vorgeschäumten Kügelchen unter den gleichen Heizbedingungen durch Wasser­ dampf, der aus der Kammer in den Formenhohlraum geleitet wird, erhitzt, expandiert und verschmolzen werden, entwickeln die in dieser Weise hergestellten Formteile (hier nachstehend als "isotherme Formteile" bezeichnet) in Abhängigkeit vom Verschmelzungsausmaß der Kügelchen unterscheidliche Oberflächenqualitäten. Genauer gesagt sind geringere Verschmelzungsgrade mit schlechten Oberflächenqualitäten verknüpft, wohingegen höhere Verschmelzungsgrade mit guten Oberflächenqualitäten in Zusammenhang stehen. Bei isothermen Formteilen verbessern höhere Verschmelzungsgrade der Kügelchen die physikalischen Eigenschaften, wie die mechanische Festigkeit des Formteils, aber erfordern ein längeres Erhitzen, längere Expansions/Verschmelzungszeiten und Abkühldauern, woraus sich das Problem von längeren Formtaktzeiten insgesamt und von verringertem Durchsatz ergibt.

Aus diesen Gründen werden die Verschmelzungsgrade der Kügelchen in Formteilen in den früher beschriebenen Formverfahren typischerweise zum Beispiel auf 40 bis 80% einge­ stellt, damit sich gute Oberflächenqualitäten ergeben und ein ansprechendes Aussehen sichergestellt wird ebenso wie ein angemessener Verschmelzungsgrad zum Gewährleisten der mechanischen Festigkeit sichergestellt wird. Jedoch selbst wenn die Anforderungen an die mechanische Festigkeit für ein Formteil nicht besonders streng sind, erfordert die Notwendigkeit, ein ansprechendes Aussehen sicherzustellen, einen gemäßigt hohen Verschmelzungsgrad, woraus eine entsprechend längere Zeit je Formzyklus und ein verringerter Durchsatz resultieren. Der Verschmelzungsgrad, wie hier verwendet, wird ermittelt, indem das Formteil gespalten und der Zustand der Kügelchen auf der Schnittfläche betrachtet wird, genauer gesagt, indem der Anteil der Kügelchen, die einen Zusammenbruch des Kügelchens an sich erfahren haben, gemessen wird, wobei Kügelchen mit Rissen entlang der Kügelchenoberfläche, aber ohne Zerbersten des Kügelchens an sich, als unverschmolzen betrachtet werden, und wobei Kügelchen, die ein Zerbersten des Kügelchens an sich in Fragmente erfahren haben, als verschmolzen betrachtet werden.

Das hier vorstehend beschriebene Formschäumverfahren ist so entworfen, dass Luft­ düsen, wie Kernentlüftungen und Kernentlüftungslöcher benutzt werden, um Wasserdampf, Luft oder andere Betriebsmedien in den Formenhohlraum einzuleiten oder um dieselben aus dem Formenhohlraum während der Herstellung der Formschäumteile zu evakuieren. Wie angemerkt ergaben sich durch die Bereitstellung von Luftdüsen jedoch eine Anzahl von Problemen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehenden Probleme, welche die Entwicklung eines Formschäumverfahrens betreffen, in dem Formen ohne Luftdüsen eingesetzt werden, zu lösen. Wenngleich das Ziel eine Form "ohne Luftdüsen" ist, ist es selbstverständlich notwendig, anstelle von Kernentlüftungen und Kernentlüftungslöchern eine gewisse Art von Durchgängen zum Einleiten/Evakuieren von Wasserdampf, Luft oder anderen Betriebsmedien in und aus dem Formenhohlraum bereitzustellen, was Anlass gibt zur Frage des wo und wie, die Durchgänge zu erzeugen sind, des Zeitpunkts und der Beding­ ungen, die beim Einleiten der Betriebsmedien in solche Durchgänge anzuwenden sind, sowie zu einer Anzahl weiterer anzusprechender Fragen.

Ein derartiges Problem ist das einer Abnahme des Abkühlwirkungsgrads des Form­ teils. Wenn eine Form keine Luftdüsen hat, dringt das auf die Rückseite der Form gesprühte Kühlwasser nicht in den Formenhohlraum ein, somit wird das Formteil nicht direkt durch das Kühlwasser abgekühlt, sondern wird vielmehr nur indirekt über die Form abgekühlt. Demzufolge wird der Abkühlwirkungsgrad niedriger als mit einer herkömmlichen Formapparatur, die sowohl direktes als auch indirektes Kühlen hervorruft, und die zum Abkühlen des Formteils erforderliche Zeit wird länger. Ein weiteres Problem, wenn auch eines, das ebenso IM-Formschäumapparaturen betrifft, deren Formen Luftdüsen haben, ist, dass, wenn das Formteil aus der Form herausgenommen wird, bevor es angemessen abgekühlt ist, das Formteil an sich weich sein wird und dem das Formbeibehaltungsvermögen fehlt, woraus ein Formteil resultiert, das eine schlechte Formstabilität besitzt und Probleme erfährt, wie Verformung. Demgemäß wurde angenommen, dass es schwierig ist, die Abkühldauer des Formteils weiter zu verkürzen.

Somit soll die vorliegende Erfindung eine neue Formschäumapparatur praktisch anwendbar machen, bei der die Formoberflächen ohne Luftdüsen, wie Kernentlüftungen und Kernentlüftungslöcher, sind, und eine IM-Formschäumapparatur sowie ein IM-Form­ schäumverfahren für synthetische Polyolefinharze bereitstellen, nämlich eines mit einer verkürzten Abkühldauer für Formteile.

Es wurde überraschenderweise gefunden, dass selbst, wenn ein Formteil aus der Form herausgenommen wird, bevor es ausreichend abgekühlt wurde und noch weich ist, die Gestalt des Formteils nichtsdestotrotz stabilisiert werden kann, indem es in eine Halterung gespannt wird. Die Abkühldauer wird demnach dramatisch verkürzt, indem das Formteil aus der Form herausgenommen wird, während es noch weich ist, aber nicht so weich, dass es bricht. Es wurde ferner gefunden, dass die zeitliche Bestimmung zum Trennen der Formen exakt festgelegt werden kann und die Maßbeständigkeit stark verbessert werden kann, indem eine Reihe von Messungen des Anpressdrucks der vorgeschäumten Kügelchen gegen die Formen durchgeführt wird und der Zeitpunkt des Formentrennens auf der Basis der so erhaltenen Messungen festgelegt wird, und hat die Erfindung auf dieser Basis perfektioniert.

Das IM-Formschäumverfahren für synthetisches Polyolefinharz gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte: Füllen eines Formenhohl­ raums mit vorgeschäumten Kügelchen, die ein synthetisches Polyolefinharz umfassen; Erhitzen und Verschmelzen derselben mit Wasserdampf und Abkühlen des Formteils, wobei während des Abkühlvorgangs der Druck des geschäumten Harzes gegen die Formen nacheinander mittels eines Anpressdrucksensors gemessen wird und wenn gefunden wird, dass der Druck des geschäumten Harzes gegen die Formen einen für das spezielle Formteil vorbestimmten Druck erreicht hat, das Abkühlen des Formteils beendet wird, das Formteil aus der Form herausgenommen wird und das Formteil anschließend in eine Halterung gespannt wird, um seine Gestalt zu stabilisieren.

Gemäß diesem Formverfahren wird das herausgenommene Formteil in eine Halterung eingespannt und darin für eine gegebene Zeitdauer gehalten, wodurch es möglich ist, die Gestalt und die Abmessungen des Formteils außerhalb der Form zu stabilisieren, wodurch eine ausreichende Maßgenauigkeit des Formteils sichergestellt wird, während gleichzeitig die Abkühldauer verkürzt wird, indem das Formteil aus der Form herausgenommen wird, solange es noch weich ist, aber nicht weich genug, um zu brechen, wodurch der Durchsatz beim Formen verbessert werden kann. Da der Zeitpunkt für das Formentrennen auf der Basis von Reihenmessungen des Drucks des geschäumten Harzes gegen die Formen bestimmt wird, kann das Formentrennen zeitlich optimal gesteuert werden. In den gegenwärtig üblicherweise verwendeten IM-Formschäumapparaturen wird die Zeit, die seit dem Beginn des Abkühlens vergangen ist, mittels einer Stoppuhr gemessen und wenn ein vorbestimmtes Zeitintervall vergangen ist, ist das Abkühlen beendet und das Formteil herausgenommen. Mit einer derartigen Regelung kann jedoch der Zeitpunkt des Formentrennens nicht als Reaktion auf Schwankungen des optimalen Zeitpunkts des Formentrennens aufgrund eines verringerten Abkühlwirkungsgrads eingestellt werden, der aus der Schwankung des Durchmessers der vorgeschäumten Kügelchen zwischen Einspritzungen, dem Verstopfen der Kernentlüftungen und dergleichen resultiert. Demgemäß muss für eine ziemlich lange Ab­ kühldauer gesorgt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch der Zeitpunkt des Formentrennens auf der Basis des Drucks des geschäumten Harzes bestimmt, wodurch es möglich wird, das Formentrennen optimal zu regeln, damit die Abkühldauer nennenswert verkürzt und die Maßbeständigkeit der Formteile verbessert wird, indem die Schwankung hinsichtlich der Abmessungen beim Formen zwischen den Spritzungen kontrolliert wird.

Das Formverfahren gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung schließt Beenden des Abkühlens des Formteils und Herausnehmen des Formteils, wenn der Druck des geschäumten Harzes gegen die Formen im Bereich von 0,02 bis 0,2 MPa liegt, ein. Wenn der Druck des geschäumten Harzes weniger als 0,02 MPa beträgt, wird keine nennenswerte Verringerung der Abkühldauer erreicht. Oberhalb von 0,2 MPa ist das Form­ teil noch zu weich und das Formteil kann bersten, wenn es durch Herausdrücken mittels eines Auswurfstifts herausgenommen wird, oder der Schäumdruck der vorgeschäumten Kügelchen ist so hoch, dass sich das Formteil beim Herausnehmen expandiert, woraus eine geringere Maßgenauigkeit des Formteils resultiert. Demgemäß wird der Harzdruck vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0,02 bis 0,2 MPa eingestellt.

Das Formverfahren gemäß dem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft das Einstellen der Zeitdauer, für die das Formteil in die Halterung eingespannt wird, auf 5 bis 60 Minuten. Wenngleich die Aushärtedauer mit dem Material der vorgeschäumten Kügelchen und dem Formgewicht schwankt, kann einem verhältnismäßig großen Formteil durch Aushärten für 15 bis 40 Minuten eine stabile Gestalt verliehen werden.

Das Formverfahren gemäß dem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft das Bereitstellen einer Vielzahl von Halterungen, die der Formapparatur mittels eines Fördersystems zyklisch zugeführt werden. Mit dieser Anordnung können die mit der Formapparatur geformten Formteile nacheinander in die Halterungen, die der Formapparatur durch das Fördersystem zugeführt werden, gespannt werden, so dass der Formvorgang und der Stabilisierungsvorgang der Formgestalt in kontinuierlichem Betrieb durchgeführt werden können.

Im Formverfahren gemäß dem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden als Formen eine Kernform und eine Hohlraumform verwendet, die in den Formabschnitten, die auffallende Teile auf dem Äußeren eines Formteils bilden, keine Luft­ düsen, wie Kernentlüftungen und Kernentlüftungslöcher, haben.

Mit diesem Formteilverfahren sind die Formenabschnitte zum Formen von auffälligen Teilen auf dem Äußeren der Formteile ohne Luftdüsen, wodurch Spuren, die auf den Form­ oberflächen durch Luftdüsen verbleiben, an unauffälligen Stellen auf den Formoberflächen liegen, wo sie die Attraktivität der Oberfläche des Formteils nicht schmälern.

Ferner kann mit diesem Formverfahren auf Luftdüsen vollständig oder großteils ver­ zichtet werden, wodurch es möglich wird, die Zuleitung von Betriebsmedien zur Kammer an der Rückseite der Kernform, zur Kammer an der Rückseite der Hohlraumform und zum Formenhohlraum separat zu steuern. Durch die Steuerung eines Betriebsmediums, wie beispielsweise Wasserdampf, derart dass in jedem Teilraum unabhängig die Heizbedingungen manipuliert werden können, wird es möglich, mittels des Wasserdampfes, der den zwei Kammern zugeführt wird, die Oberflächeneigenschaften der vorgeschäumten Kügelchen, welche den Formenhohlraum füllen, auf den Flächen, die mit der Kernform und der Hohlraumform in Kontakt sind, zu regulieren, während gleichzeitig die vorgeschäumten Kügelchen im Formenhohlraum mittels Wasserdampf, der in den Formenhohlraum zugeführt wird, erhitzt, geschäumt und verschmolzen werden, wodurch der Verschmelzungsgrad der vorgeschäumten Kügelchen unabhängig von den Oberflächenqualitäten gesteuert werden kann. Demzufolge kann der Verschmelzungsgrad im Inneren eines Formteils auf einem niedrigen Niveau gehalten werden, wodurch die Formtaktzeit verkürzt wird, während ein Formteil mit einer ansprechenden Oberfläche hergestellt wird, also werden sowohl guter Durchsatz als auch ein hoher Produktwert erzielt.

Das Formverfahren gemäß dem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verzichtet vollständig auf Luftdüsen in den zwei Formen. Mit dieser Anordnung können die Heizbedingungen in den drei Teilräumen, nämlich die Kammer an der Rückwand der Kernform, die Kammer an der Rückwand der Hohlraumform und die Kernform, präzise gesteuert werden und die Oberfläche des resultierenden Formteils ist frei von Spuren, die durch Luftdüsen entstehen. Das Fehlen von Luftdüsen verhindert auch, dass Kühlwasser mit dem Formteil in direkten Kontakt kommt, wodurch der Wassergehalt des Formteils auf einem niedrigen Niveau gehalten werden kann, was die Notwendigkeit eines Trocknungsvorgangs nach dem Formentrennen beseitigt, unkontaminierte Formteile ergibt, ohne die Notwendigkeit der Kontrolle der Kühlwasserqualität, und für weitere Vorteile sorgt.

Im Formverfahren gemäß dem siebten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird während des Abkühlvorgangs des Formteils mittels einer ersten Kühlvorrichtung Kühlwasser auf die Rückseiten der zwei Formen gesprüht, um das Formteil indirekt durch die Formen abzukühlen, und mitteles einer zweiten Kühlvorrichtung Kühlwasser von der Außenseite der Form aus Kühlwasserdüsen, die auf wenigstens einer der Formen bereitstehen, in den Formenhohlraum gesprüht, wodurch das Formteil mit Kühlwasser direkt abgekühlt wird.

Wie bereits angemerkt bedeutet die Beseitigung von Luftdüsen von den Formen, dass während des Abkühlenvorgangs das Formteil nicht direkt durch Kühlwasser abgekühlt wird und der Abkühlwirkungsgrad abnimmt. Gemäß dieser Erfindung kann das Formteil jedoch indirekt durch die Formen abgekühlt werden, indem Kühlwasser auf die Rückseiten der zwei Formen gesprüht wird, wobei die erste Kühlvorrichtung ausgenutzt wird, während das Form­ teil auch direkt mit Kühlwasser abgekühlt wird, indem Kühlwasser aus Kühlwasserdüsen, die auf wenigstens einer der Formen bereitstehen, in den Formenhohlraum gesprüht wird, wobei die zweite Kühlvorrichtung ausgenutzt wird. Also kann das Formteil trotz des Fehlens von Luftdüsen in den Formen wirksam abgekühlt werden und die zum Abkühlen des Form­ teils erforderliche Zeit kann nennenswert verkürzt werden, ebenso wie die Menge des verwendeten Kühlwassers verringert werden kann. Weil nur das Kühlwasser aus der zweiten Kühlvorrichtung mit dem Formteil in Kontakt kommt, genügt es, wenn gewünscht ist, dass die Formteile in einem unkontaminierten Zustand gehalten werden, lediglich eine Kontrolle der Kühlwasserqualität für das Kühlwasser aus der zweiten Kühlvorrichtung zu realisieren, wodurch die mit der Wasserbehandlung verknüpften Kosten wesentlich verringert werden.

Das Formverfahren gemäß dem achten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung schließt das Bereitstellen von Kühlwasserdüsen in der Nähe der Fülleinheit für vorgeschäumte Kügelchen, in der Nähe des Auswurfstifts oder bei beiden ein. Ähnlich wie Luftdüsen, wie Kernentlüftungen und Kernentlüftungslöcher, hinterlassen Kühlwasserdüsen in der Kernform und/oder Hohlraumform Spuren auf der Formoberfläche, somit wird dass für diese Spuren bevorzugt, dass sie an unauffälligen Stellen auf dem Formteil liegen, wie in der Nähe der Fülleinheit der vorgeschäumten Kügelchen, in der Nähe des Auswurfstifts oder bei beiden.

Im Formverfahren gemäß dem neunten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird das Kühlwasser in den Formenhohlraum durch Kühlwasserdüsen der zweiten Kühlvor­ richtung gesprüht, rund 2 bis 30 Sekunden nachdem die erste Kühlvorrichtung das Abkühlen durch Versprühen von Kühlwasser begonnen hat.

Wenn die vorgeschäumten Kügelchen, welche den Formenhohlraum füllen, unter Dampfdruck gesetzt werden, erhitzt werden und der Formenhohlraum dann auf Atmosphärendruck zurückgebracht wird, expandieren die vorgeschäumten Kügelchen und verschmelzen miteinander ohne Zwischenraum im Formenhohlraum. Wenn an diesem Punkt Kühlwasser in den Formenhohlraum geleitet werden sollte, härten die vorgeschäumten Kügelchen bevor sie ausreichend expandieren, woraus ein Formenfehler resultiert und auf der Formenoberfläche Höhenschwankungen entstehen. Weil das Abkühlen der Formteile einige Zeit braucht, führt das Beginnen des Abkühlvorgangs durch Besprühen der Rückseiten der Formen mit Kühlwasser erst nachdem die vorgeschäumten Kügelchen ausreichend expandiert haben, zu einer verlängerten Abkühldauer. Dementsprechend beginnt das Abkühlen des Formteils mittels der ersten Kühlvorrichtung unmittelbar nach dem Ende des Heizvorgangs und 2 bis 30 Sekunden später, nachdem sich die vorgeschäumten Kügelchen ausreichend expandiert haben, wird das Kühlwasser dem Formenhohlraum mittels der zweiten Kühlvorrichtung zugeführt, um das Formteil abzukühlen. Dies verkürzt die Abkühldauer dramatisch, während sich Formteile guter Qualität ergeben.

Das Formverfahren gemäß dem zehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung schließt nacheinanderfolgendes Messen des Drucks des geschäumten Harzes gegen die Formen ein, und wenn der Druck des geschäumten Harzes, beobachtet direkt nach dem Beginn des Abkühlens mittels der ersten Kühlvorrichtung, das 0,50- bis 0,95-fache des Drucks des geschäumten Harzes, beobachtet am Ende des Erhitzens, erreicht, wird das Kühlwasser mittels der zweiten Kühlvorrichtung in den Formenhohlraum gesprüht. Gemäß dem neunten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist der Zeitpunkt für die Inbetriebnahme der zweiten Kühlvorrichtung um eine gewisse Zeit, nachdem der Betrieb der ersten Kühlvorrichtung begonnen hat, verzögert. Dies kann erreicht werden, indem direkte Messungen des Drucks des geschäumten Harzes im Formenhohlraum vorgenommen werden, und wenn der Druck des geschäumten Harzes, beobachtet direkt nach dem Beginn des Versprühens mittels der ersten Kühlvorrichtung, das 0,50- bis 0,95-fache des Drucks des geschäumten Harzes, beobachtet am Ende des Erhitzens, erreicht, werden die vorgeschäumten Kügelchen als ausreichend geschäumt angesehen und die zweite Kühlvor­ richtung wird in Betrieb gesetzt.

Bei einer bevorzugten Durchführung beträgt die Betriebsdauer der zweiten Kühlvor­ richtung 2 bis 30 Sekunden (elfter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung) und ist äquivalent zu 3 bis 50% der Betriebsdauer der ersten Kühlvorrichtung (zwölfter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung). Das heißt, auch wenn es annehmbar ist, den Betrieb der zweiten Vorrichtung bis zum Ende des Abkühlvorgangs fortzusetzen, weil das Kühlwasser, das mittels der zweiten Kühlvorrichtung zugeführt wird, mit dem Formteil in direkten Kontakt kommt, wird bevorzugt, die Betriebsdauer gemäß dem elften oder zwölften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung einzustellen, damit ein ausreichender Abkühlwirkungsgrad gewährleistet ist, das Schrumpfen des Formteils aufgrund des Über- Abkühlens verhindert wird, der Wassergehalt des Formteils niedrig gehalten wird und die Kontamination des Formteils nach dem Formentrennen verhindert wird.

Die IM-Formschäumteile gemäß dem dreizehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden durch das Formverfahren nach einem des ersten bis zwölften Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung in der Gestalt eines Kerns für eine Kraftfahrzeugstoßstange geformt.

Kerne für Kraftfahrzeugstoßstangen dieser Art müssen trotz ihrer beträchtlichen Länge hochgradig präzise Abmessungen besitzen und werden selbst mit den in herkömmlichen Verfahren angewandten verlängerten Abkühldauern als schwierig herzustellen betrachtet. Durch die Verwendung des hier vorstehend beschriebenen Formverfahrens kann das Formen jedoch ohne jeglichen Rückgang an Durchsatz durchgeführt werden.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer IM-Formschäumapparatur in ihrer Gesamtheit;

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer weiteren IM-Formschäumapparatur in ihrer Gesamtheit;

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer weiteren IM-Formschäumapparatur in ihrer Gesamtheit;

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V in Fig. 4;

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer weiteren IM-Formschäumapparatur in ihrer Gesamtheit;

Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung des Formzykluses und des Anpressdrucks des geschäumten Harzes zeigt;

Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Beziehung des Formzykluses und des Anpressdrucks des geschäumten Harzes zeigt;

Fig. 9 ist ein Aufriss eines kompletten Formsystems und

Fig. 10 ist ein Diagramm zur Darstellung der Oberflächeneigenschaften und des internen Verschmelzungsgrads in Formteilen.

Die Ausführungsformen der Erfindung werden hier nachstehend unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

Die Beschreibung wendet sich zuerst den vorgeschäumten Kügelchen zu, die in der erfindungsgemäßen Formapparatur und dem erfindungsgemäßen Formverfahren eingesetzt werden.

Geeignete Materialien für die vorgeschäumten Kügelchen schließen synthetische Poly­ olefinharzmaterialien, wie Polyethylenharz und Polypropylenharze, ebenso wie Copolymere dieser synthetischen Harzmaterialien ein. Spezielle Beispiele sind statistisches Ethylen- Propylen-Harz, Ethylen-Propylen-Blockpolypropylenharz, Homopolypropylen, statistisches Ethylen-Propylen-Buten-Terpolymer, lineares niederdichtes Polyethylen (LLDPE), vernetztes niederdichtes Polyethylen (LDPE) und so weiter. Vorgeschäumte Kügelchen solcher Polyolefinharze bestehen aus weichen Materialien und besitzen eine hohe Gasdurchlässigkeit und so erfahren sie bei einem gegebenen Expansionsfaktor wesentlich mehr Verformung der Teilchengestalt als dies vorgeschäumte Kügelchen aus Polystyrolharz, wodurch sie für die Verwendung in der Erfindung geeignet sind.

Der Expansionsfaktor der vorgeschäumten Kügelchen hängt bis zu einem gewissen Maß vom Material ab, aber beträgt geeigneterweise 3 bis 90 und vorzugsweise 3 bis 60. Die Kügelchengröße beträgt geeigneterweise 1 bis 10 mm und vorzugsweise 2,0 bis 8 mm. Vor­ geschäumte Kügelchen aus synthetischen Polyolefinharzmaterialien werden besonders bevorzugt, da sie aus weichen Materialien bestehen und eine hohe Gasdurchlässigkeit besitzen, und so erfahren sie bei einem gegebenen Expansionsfaktor wesentlich mehr Verformung der Teilchengestalt als vorgeschäumte Kügelchen aus Polystyrolharz, wodurch sie eine verbesserte Packung ergeben.

Genauer gesagt sind, wenn vorgeschäumte Kügelchen, umfassend ein synthetisches Polyolefinharzmaterial, beispielsweise ein Polypropylenharz, verwendet werden, die physikalischen Eigenschaften wie folgt.

Wenn die Zellengröße der vorgeschäumten Kügelchen kleiner als 100 µm ist, kann die Oberflächenausdehnung während des Formens schlecht sein, wodurch es zu einer Empfindlichkeit für Schrumpfung kommt und ein schlechtes Aussehen der sichtbaren Flächen resultiert. Oberhalb von 900 µm neigen die Zelldurchmesser zur Unregelmäßigkeit und die Oberfächentextur wird aufgrund der großen Zellgröße rau, woraus ein schlechtes Aussehen der äußeren Oberfläche resultiert. Aus diesen Gründen liegt der Zelldurchmesser vorzugsweise im Bereich von 100 bis 900 µm, stärker bevorzugt von 150 bis 700 µm und am stärksten bevorzugt von 170 bis 550 µm.

Der Expansionsfaktor liegt, wenngleich er nicht kritisch ist, vorzugsweise in der Größenordnung von 5 bis 60 (Volumenzunahme der geschäumten Kügelchen).

In einer bevorzugten Durchführung beträgt der Anteil des zweiten DSC-Peaks 8 bis 60%. Der Anteil des zweiten DSC-Peaks steht für die Fläche unter dem Hochtemperarturende des Peaks als Prozentsatz der Gesamtfläche unter zwei DSC- (Differentialscanningkalorimetrie) Peaks (ein Hochtemperarturende und ein Niedertemperarturende), die sich aus dem Kristallschmelzpunkt eines Grundharzes ergeben, wenn das Grundharz erhitzt wird. Wenn dieser Anteil des zweiten DSC-Peaks unter 8% beträgt, liegen die zulässigen Heizparameter für das Formen eher nahe beieinander und die Formteile werden in der Regel schrumpfen und sind für Schrumpfung empfindlich. Wenn der Anteil 60% übersteigt, müssen die Heizparameter signifikant erhöht werden, was eine Formeinheit mit großem Maßstab erforderlich macht, die auch vom Standpunkt des Energieverbrauchs unerwünscht ist. Aus diesen Gründen werden Werte im Bereich von 8 bis 60%, vorzugsweise 10 bis 50% und insbesondere von 15 bis 40% bevorzugt.

Wenn der Prozentsatz an geschlossenen Zellen unterhalb 65% liegt, neigen die Form­ teile zum Schrumpfen und erfahren nennenswerte Schrumpfung, selbst wenn die Heizsparmung während des Formens erhöht wird, um das Verschmelzen der Kügelchen zu bewirken, wodurch es schwierig wird, Formteile der gewünschten Qualität herzustellen. Demgemäß werden Werte von 65% oder darüber, vorzugsweise 75% oder darüber und insbesondere 85% oder darüber bevorzugt.

Die spezielle Bauform der IM-Formschäumapparatur wird nun beschrieben. Die erfin­ dungsgemäße IM-Formschäumapparatur zeichnet sich durch die folgenden drei Merkmale aus.

(1) Erstes Merkmal

Die Formen sind vollständig oder großteils von Luftdüsen frei, und Öffnungen zur Zufuhr von Betriebsmedien, wie Luft zum Einbringen der vorgeschäumten Kügelchen oder Wasserdampf, um diese zu erhitzen und verschmelzen. Falls Luftdüsen vorhanden sind, sind diese in Formabschnitten angebracht, die zum Formen von unauffälligen Teilen eines Form­ teils verwendet werden.

(2) Zweites Merkmal

Die Formen sind vollständig oder großteils von Luftdüsen frei und die Bauform gestattet, dass ein Formteil direkt durch Einspritzen von Kühlwasser unter Druck in den Formenhohlraum während des Abkühlens des Formteils abgekühlt wird.

(3) Drittes Merkmal

Ein Sensor zur Durchführung von Reihenmessungen des Drucks des geschäumten Harzes gegen die Formen wird bereitgestellt, so dass das Formentrennen des Formteils zum optimalen Zeitpunkt durchgeführt werden kann; und das herausgenommene Formteil wird in eine Halterung gespannt, um seine Gestalt und Abmessungen zu stabilisieren.

Das erste und zweite Element legt die Verwendung einer Formapparatur nahe, bei der die Formen vollständig oder großteils von Luftdüsen frei sind. Das dritte Merkmal kann in einer Formapparatur, die vollständig oder großteils von Luftdüsen frei ist, oder in einer Formapparatur des auf dem Fachgebiet weithin bekannten Typs, der mit Luftdüsen versehen ist, realisiert werden. Die folgende Beschreibung greift das Beispiel einer Formapparatur auf, die vollständig oder großteils von Luftdüsen frei ist und mit diesen drei Merkmalen ausgestattet werden kann.

Mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 umfasst die IM-Formschäumapparatur 1: einen Satz von Formen, der aus einer Kernform 2 und einer Hohlraumform 3 besteht, die einander gegenüberliegen; eine Vorrichtung zum Einfüllen der Kügelchen, um einen Formenhohl­ raum 4, der durch die Kernform 2 und die Hohlraumform 3 definiert ist, mit vorgeschäumten Kügelchen, die auf einem Luftstrom getragen werden, zu füllen; eine Vorrichtung zur Druckreduzierung, um den Druck im Formenhohlraum 4 zu verringern; eine Vorrichtung zur Zufuhr von Druckluft, um dem Inneren des Formenhohlraums 4 Druckluft zuzuführen; eine Vorrichtung zur Dampfzufuhr, um die vorgeschäumten Kügelchen, die den Formenhohlraum 4 füllen, mit Wasserdampf zu erhitzen und zu expandieren/verschmelzen;

und eine erste Kühlvorrichtung und eine zweite Kühlvorrichtung zum Abkühlen des Form­ teils.

Die Kernform 2 und die Hohlraumform 3 sind jeweils am Gehäuse 12 befestigt, das einen randartigen Rahmen 10 und eine Rückseitenplatte 11 besitzt, und eine erste Kammer 13 und eine zweite Kammer 14 sind durch die Rückwand der Kernform 2 bzw. der Hohl­ raumform 3 definiert.

Die erste Kammer 13 und die zweite Kammer 14 sind jeweils an eine Wasserdampf­ zuführleitung 15 und eine Luftzuführleitung 16 über die Serviceventile SV1, SV2 und die Schaltventile SWV1, SWV2 angeschlossen und auch jeweils an die Abflussleitung 17 und die Vakuumleitung 18 (die mit einer Vakuumpumpe 19 verbunden ist) über die Abflussventile DV1, DV2 und die Schaltventile SWV3, SWV4 angeschlossen. Als erste Kühlvorrichtung zum Abkühlen des Formteils sind die erste Kammer 13 und die zweite Kammer 14 jeweils mit einer Düseneinheit 21 versehen, die eine Vielzahl von Düsen 20 zum Vernebeln von Kühlwasser auf die Rückseiten der Kernform 2 und der Hohlraumform 3 hat, wobei die beiden Düseneinheiten 21 mit einer Kühlwasserzuführleitung 22 über die Kühlwasserventile CV1, CV2 verbunden sind.

Das erste Merkmal der erfindungsgemäßen IM-Formschäumapparatur beruht auf der Bereitstellung von ersten Öffnungen 30, die mit dem Formenhohlraum 4 in Verbindung stehen, in Formabschnitten einer Kernform 2 und einer Hohlraumform 3, die zum Formen von unauffälligen Teilen des Formteils verwendet werden, wobei diese ersten Öffnungen 30 mit kommunizierenden Durchgängen versehen sind, die mit den äußeren Betriebsleitungen 15 bis 18 in Verbindung stehen, wodurch die Betriebsmedien (z. B. Wasserdampf, Druckluft usw.) unabhängig von den Kammern 13, 14 über eine Vielzahl von ersten Öffnungen 30 durch den Betrieb der Serviceventile SV3 bis SV6, der Abflussventile DV3, DV4 und der Schaltventile SWV1 bis SWV4 in den Formenhohlraum 4 geleitet oder daraus abgelassen werden können. Demzufolge sind die Kernform 2 und die Hohlraumform 3 im Gegensatz zu herkömmlichen Formapparaturen von Luftdüsen, wie Kernentlüftungen oder Kernentlüf­ tungslöchern, frei, so dass der Formenhohlraum 4 und die zwei Kammern 13, 14 unabhängige Teilräume darstellen. Während der Formenhohlraum 4 und die Kammern 13, 14 vorzugsweise voneinander in vollständig gasdichter Weise isoliert sind, umfasst die Erfindung auch Fälle, in denen diese Teilräume unabhängig voneinander kontrolliert werden können, obwohl eine kleine Anzahl von herkömmlichen Luftdüsen, wie Kernentlüftungen und Kernentlüftungslöcher, zur Verbindung zwischen dem Formenhohlraum 4 und den Kammern 13, 14 bereitstehen.

Die Positionierung der ersten Öffnungen 30 findet grundsätzlich nach einem beliebigen der drei allgemeinen Schemata statt: ihre Positionierung an oder in der Nähe der Trennlinie der Kernform 2 und der Hohlraumform 3; ihre Positionierung in der Nähe von Teilen der peripheren Komponenten (z. B. der Fülleinheit 23, des Auswurfstifts 24 usw.), die innerhalb des Formenhohlraums 4 frei liegen; oder eine Kombination dieser zwei.

Zuerst wird die Positionierung der ersten Öffnungen 30 an oder in der Nähe der Trenn­ linie der Kernform 2 und der Hohlraumform 3 durch Beispiele der drei Typen beschrieben.

• 1. Mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 besitzt die IM-Formschäumapparatur 1 des ersten Typs erste Öffnungen 30a, 30b in Spaltform, die entlang der Trennlinie der Kernform 2 und der Hohlraumform 3 liegen und mit dem Formenhohlraum 4 in Verbindung stehen. Kommunizierende Durchgänge, nämlich die Form-Form-Durchgänge 31a, 31b, und die inneren Leitungen 32a, 32b sorgen für die Verbindung zwischen den ersten Öffnungen 30a, 30b und den äußeren Betriebsleitungen 15 bis 18. Die Kernform 2 und die Hohlraumform 3 sind von herkömmlichen Luftdüsen, wie Kernentlüftungen und Kernentlüftungslöchern, frei, wobei sie derart entworfen sind, dass der Formenhohlraum 4 in geschlossem Zustand in gasdichter Weise von den Kammern 13, 14 isoliert ist, während die ersten Öffnungen 30a, 30b, die zu den äußeren Betriebsleitungen 15 bis 18 führen, in der Kernform 2 und der Hohlraumform 3 vorhanden sind.
  Mit dieser Anordnung werden der Vorgang des Vorerhitzens/Evakuierens der vorge­ schäumten Kügelchen und der Vorgang des Verschmelzens/Erhitzens wie folgt durchgeführt, wobei diese ersten Öffnungen 30a, 30b anstelle herkömmlicher Luftdüsen benutzt werden.
  Im Vorgang des Vorerhitzens/Evakuierens kann der Formenhohlraum 4 direkt evakuiert werden, wobei das Evakuieren über die erste Öffnung 30a und die erste Öffnung 30b durchgeführt wird, und anschließend wird Wasserdampf zum Vorerhitzen in der gleichen Weise direkt zugeführt. Im Vorgang des Schmelzens/Erhitzens kann der Wasser­ dampf bei der Schmelztemperatur den vorgeschäumten Kügelchen im Formenhohlraum 4 über die erste Öffnung 30a und die erste Öffnung 30b in der gleichen Weise direkt zugeführt werden.
  Um das Verstopfen der ersten Öffnungen 30a, 30b durch die vorgeschäumten Kügel­ chen zu verhindern, muss die Breite der Öffnungen des Formenhohlraums 4 der ersten Öff­ nungen 30a, 30b kleiner sein als der Außendurchmesser der vorgeschäumten Kügelchen, nämlich ein Durchmesser von 1 bis 10 mm oder kleiner. Zur Beseitigung von Auspressungen, Gratspuren und dergleichen und um die Oberflächenbeschaffenheit der Formschäumteile zu verbessern ist erwünscht, die Öffnungsbreite so klein wie möglich zu machen; wenn jedoch die Öffnungsbreite zu klein ist, ergibt sich ein übermäßiger Widerstand gegen den Durchgang der Betriebsmedien. Demgemäß ist eine Öffnungsbreite von 0,1 bis 1,5 mm zweckmäßig.
  In der vorliegenden Erfindung werden die ersten Öffnungen 30a, 30b geeigneterweise entlang des Talbereichs der Vertiefung, die an der Trennlinie der Kernform 2 und der Hohl­ raumform 3 liegt, bereitgestellt. Da die ersten Öffnungen 30a, 30b in Spaltform an Stellen liegen, die den konvexen Bereichen der eckigen Randlinie auf dem Äußeren des Form­ schäumteils entsprechen, leidet das Aussehen mit dieser Anordnung vernachlässigbar, selbst wenn eine kleine Menge an Graten verbleiben sollte.
  Die inneren Leitungen 32a, 32b bestehen idealerweise aus Kupferrohr mit einem Durchmesser von 4 bis 15 mm.
  Fig. 1 zeigt eine Kombination von zwei Reihen von kommunizierenden Durchgängen, nämlich eine Reihe der kommunizierenden Durchgänge eine erste Öffnung 30a, einen Form-Form-Durchgang 31a und eine innere Leitung 32a umfasst; und eine Reihe von kommunizierenden Durchgängen eine erste Öffnung 30b, einen Form-Form-Durchgang 31b und eine innere Leitung 32b umfasst. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung begrenzt, so ist es in Abhängigkeit von der Größe und der Bauform des Formschäumteils möglich ist, eine Kombination von drei oder mehr Reihen von kommunizierenden Durchgängen oder nur eine einzige zu verwenden.
  Wenn eine Vielzahl von ersten Öffnungen 30, beispielsweise ein Paar von ersten Öff­ nungen 30a, 30b, bereitgestellt wird, wird bevorzugt diese so anzuordnen, dass sie sich auf gegenüberliegenden Seiten der zwei gegenüberstehenden Enden des Formenhohlraums 4 an der Trennlinie zwischen den Formen 2, 3 befinden, wie in Fig. 2 gezeigt. Während die Länge der ersten Öffnungen 30a, 30b nicht kritisch ist, liefert diese Anordnung Vorteile, wie das Ermöglichen der Anwendung von Wartungsvorgängen, bei denen ein Betriebsmedium, wie Wasserdampf, aus einer der ersten Öffnungen in die andere erste Öffnung übergeben werden kann, nachdem es den Formenhohlraum 4 passiert hat (insbesondere ein Vorgang zum Ersetzen der Luft, die zwischen den vorgeschäumten Kügelchen im Formenhohlraum 4 vorhanden ist, gegen Wasserdampf); die rasche Durchführung des Erhitzungsvorgangs der vorgeschäumten Kügelchen und dergleichen.
  Die Vorteile des ersten Typs können folgendermaßen zusammengefasst werden.
  • 1. [1] Weil die Luftdüsen, wie Kernentlüftungen und Kernentlüftungslöcher, die herkömm­ licherweise verwendet werden, aus den Formen 2, 3 beseitigt werden können, kann die verringerte Festigkeit der Formen 2, 3 verhindert werden, wodurch es möglich wird, dass die Dicke des herkömmlichen Formmaterials aus Aluminiumlegierung von 8 bis 12 mm auf 4 bis 8 mm verringert wird. Dies verringert die Wärmekapazität, wodurch der Heiz/Abkühl-Wirkungsgrad verbessert wird, wodurch die Genauigkeit der Temperaturregelung verbessert wird und wodurch die Materialkosten verringert werden.
  • 2. [2] Die Notwendigkeit von Verfahren zur Herstellung von Montagelöchern für Kernentlüf­ tungen und von Kernentlüftungslöchern sowie für ein Verfahren zum Einbauen der Kernentlüftungen in die Montagelöcher für die Kernentlüftungen wird beseitigt, wodurch die Maschinenkosten wesentlich verringert werden und die Herstellungskosten für die Formen 2, 3 verringert werden.
  • 3. [3] Heizfehler, Trennfehler und Abkühlfehler aufgrund von Verstopfen werden beseitigt, wodurch die Notwendigkeit von Wartungsarbeiten, wie dem Austauschen oder dem periodischen Waschen unter Hochdruck der Kernentlüftungen entfällt.
  • 4. [4] Die Produktoberflächen sind frei von Spuren, die durch Kernentlüftungen und Kernent­ lüftungslöcher hervorgerufen werden, wodurch das Aussehen verbessert wird und jeg­ liche Schwierigkeiten bei Verfahren, wie Bedrucken der Oberfläche oder Auftragen von Klebeetiketten, beseitigt werden.
  • 5. [5] Kühlwasser, das im Abkühlvorgang eingesetzt wird, dringt nicht in den Formenhohl­ raum ein, wodurch der Wassergehalt der Produkte bei etwa 0,5 bis 4% gehalten werden kann (gegenüber 6 bis 10% im herkömmlichen Verfahren), demzufolge entfällt die Not­ wendigkeit für einen Trocknungsvorgang, was wesentlich zur Verkürzung des Zykluses beiträgt.
  • 6. [6] Der größte Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit, Betriebsvorgänge durchzuführen, die mit herkömmlichen Formen nicht möglich sind. Bei einer herkömmlichen Durch­ führung muss, damit Wasserdampf oder ein anderes Betriebsmedium auf die vorgeschäumten Kügelchen einwirkt, ein Betriebsmedium, das aus einer Betriebsleitung kommt, zuerst auf eine der Kammern einwirken, von woher es auf die vorgeschäumten Kügelchen durch die Luftdüsen, wie Kernentlüftungen und Kernentlüftungslöcher, einwirken kann. In der vorliegenden Erfindung sind die Betriebsdurchgänge der Kammern 13, 14 und des Formenhohlraums 4 jedoch getrennt und unabhängig, wodurch die Betriebsmedien, wie Druckluft, Wasserdampf, Dekompressionsluft, Kühlwasser oder dergleichen, direkt auf den Formenhohlraum 4 über die ersten Öffnungen 30a, 30b einwirken können, demzufolge erweitert sich der Freiheitsgrad in den Betriebsvorgängen.
    Wenn es beispielsweise erwünscht ist, den Druck im Formenhohlraum 4 zu ver­ ringern, ist es mit herkömmlichen Formen notwendig, den Druck auch in beiden Kammern zu verringern, wohingegen in der vorliegenden Erfindung der Vorgang der Druckverringerung ausschließlich im Formenhohlraum 4 durchgeführt werden kann, der ein Fassungsvermögen in der Größenordnung von einem Zehntel des Fassungsver­ mögens der Kammer besitzt. Vorteile schließen eine wesentlich verbesserte Kontrolle ein, weil herkömmlicherweise die Antwort rasch erfolgt.
    Ferner können, weil die Kammern 13, 14 und der Formenhohlraum 4 unabhängige Teilräume sind, die Heizbedingungen jeweils unabhängig geregelt werden, wodurch die Temperaturen des Formensatzes 2, 3 unabhängig durch das Wasserdampfmedium, das durch die Kammern 13, 14 geleitet wird, gesteuert werden können, wodurch es möglich wird, die Qualitäten der Formoberflächen, die mit den Formen 2, 3 in Kontakt sind, zu kontrollieren. Das Schmelzen der vorgeschäumten Kügelchen kann unabhängig von den Oberflächenqualitäten gesteuert werden, indem die vorgeschäumten Kügelchen, die den Formenhohlraum 4 füllen, mit dem Wasserdampfmedium, das dem Formenhohlraum 4 zugeführt wird, erhitzt, expandiert und verschmolzen werden. Auf diese Weise kann das Verschmelzen im Inneren eines Formteils auf einem niedrigen Niveau gehalten werden, kann die Formtaktzeit verkürzt werden und können Formteile mit ansprechenden Oberflächen hergestellt werden, wodurch sich sowohl ein verbesserter Durchsatz als auch ein hoher Produktwert ergibt.
• 2. Mit Bezug auf Fig. 3 besitzt die IM-Formschäumapparatur 1A des zweiten Typs erste Öffnungen 30a, 30b in Spaltform, die über kommunizierende Durchgänge mit den externen Betriebsleitungen 15 bis 18 in Verbindung stehen, wobei die Durchgänge von den IM-Durchgängen 33a, 33b erzeugt werden, die sich bei geschlossenen Formen, nach außen aus dem Formenhohlraum 4 entlang der Trennlinie der Formen 2, 3 erstrecken; und IM-Durchgänge 34a, 34b, die an der Trennlinie von den randartigen Rahmen 10 umgeben sind. Andere Elemente sind mit denjenigen in der früher beschriebenen IM- Formschäumapparatur 1 identisch und als solche sind ihnen die gleichen Symbole zugewiesen und sie werden nicht ausführlich beschrieben.
  In dieser IM-Formschäumapparatur 1A fehlen den Formen 2, 3 herkömmliche Luft­ düsen, wie Kernentlüftungen und Kernentlüftungslöcher, wobei diese so gestaltet sind, dass, in geschlossenem Zustand, der Formenhohlraum 4 in gasdichter Weise von den Kammern 13, 14 isoliert ist, während die ersten Öffnungen 30a, 30b und die kommunizierenden Durchgänge über diese ersten Öffnungen 30a, 30b mit den Betriebsleitungen 15 bis 18, nämlich den IM-Durchgängen 33a, 33b und den IM-Durchgängen 34a, 34b in Verbindung stehen, die sich vom Formenhohlraum 4 entlang der Trennlinie der Formen 2, 3 und den randartigen Rahmen 10 nach außen erstrecken, die mit unterschiedlichem Aufbau als in der vorhergehenden IM-Formschäumapparatur 1 des ersten Typs angeordnet sind.
  In der Formschäumapparatur 1A, die in Fig. 3 gezeichnet ist, können die Betriebs­ medien wie in IM-Formschäumapparatur 1 während des Formschäumens kontrolliert werden, wodurch sich die vorstehend aufzählten Vorteile [1] bis [6] ergeben. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, das auf die inneren Leitungen 32a, 32b (die während der Herstellung einen Rohreinbauvorgang erfordern) verzichtet werden kann, wodurch die Herstellungskosten der Formschäumapparatur niedrig gehalten werden und die Notwendigkeit der Wartung entfällt.
• 3. Mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 besitzt die IM-Formschäumapparatur 1B des dritten Typs erste Öffnungen 30c, 30d, die der Kernform 2 bereitgestellt werden, die sich in der Nähe der Trennlinie der Kernform 2 und der Hohlraumform 3 befinden und mit dem Inneren des Formenhohlraums 4 in Verbindung stehen. Die ersten Öffnungen 30c, 30d stehen mit den äußeren Betriebsleitungen 15 bis 18 über die kommunizierenden Durchgänge in Verbindung, die von den kommunizierenden Zwischenräumen 39a, 39b gebildet werden, die durch den Durchgang definiert sind, der durch die Bauteile 38 definiert ist, die am Inneren der Kernform 2 so gesichert sind, dass die ersten Öffnungen 30c, 30d und die inneren Leitungen 40a, 40b, über welche die kommunizierenden Zwischenräume 39a, 39b mit den äußeren Betriebsleitungen 15 bis 18 in Verbindung stehen, umgeben sind. Über die kommunizierenden Zwischenräume 39a, 39b und die inneren Leitungen 40a, 40b können die Arbeitsmedien individuell den ersten Öffnungen 30c, 30d zugeführt oder von diesen abgezogen werden. Andere Elemente sind mit denjenigen in der früher beschriebenen IM- Formschäumapparatur 1 identisch und als solche sind ihnen die gleichen Symbolen zugewiesen und sie werden nicht ausführlich beschrieben.

In dieser IM-Formschäumapparatur 1B fehlen den Formen 2, 3 herkömmliche Luft­ düsen, wie Kernentlüftungen und Kernentlüftungslöcher, welche den Formenhohlraum 4 mit den Kammern 13, 14 verbinden, wobei diese so gestaltet sind, dass, in geschlossenem Zu­ stand, der Formenhohlraum 4 in gasdichter Weise von den Kammern 13, 14 isoliert ist, wäh­ rend die ersten Öffnungen 30c, 30d und die kommunizierenden Durchgänge, über die diese ersten Öffnungen 30c, 30d mit den Betriebsleitungen 15 bis 18 in Verbindung stehen, nämlich die kommunizierenden Durchgänge 39a, 39b und die inneren Leitungen 40a, 40b, mit einem anderen Aufbau angeordnet sind als in den vorhergehenden zwei Fällen.

Die ersten Öffnungen 30c, 30d können die Form von durchgehenden Löchern oder Spalten annehmen, die direkt in der Kernform 2 hergestellt werden; da es jedoch denkbar ist, dass die Innenflächen aufgrund des Durchgangs von Wasserdampf Verschleiß erfahren könnten, sind bei der bevorzugten Durchführung von Montageöffnungen für die Kernentlüf­ tungen die ersten Öffnungen 30c, 30d angefertigt und auswechselbare Kernentlüftungen werden darin eingebaut, wie in herkömmlichen Formapparaturen.

In der Formschäumapparatur 1B, die in den Fig. 4 und 5 gezeichnet ist, können die Betriebsmedien wie in IM-Formschäumapparatur 1 während des Formschäumens kontrolliert werden, wodurch sich die vorstehend aufgezählten Vorteile [5] und [6] ergeben. Weil Kernentlüftungen, die den Formenhohlraum 4 und die kommunizierenden Zwischenräume 39a, 39b verbinden, bereitgestellt werden, weist diese Anordnungn relativ zu den früher aufgezählten Vorteilen [1] bis [4] eine Anzahl von Nachteilen auf, aber weil Kernentlüftungen und Kernentlüftungslöcher nicht einheitlich auf der gesamten Fläche der Form erzeugt werden müssen, kann die Anzahl der Kernentlüftungen nennenswert verringert werden. Ferner können leicht Maßnahmen zur Verhinderung von Verschleiß der ersten Öffnungen 30c, 30d durch Wasserdampf ergriffen werden, wodurch eine praktikablere Bauform bereitgestellt werden kann. In dieser Formschäumapparatur 1B des dritten Typs kann der Formenhohlraum zwischen der Trennlinie der linken und rechten randartigen Rahmen 10 erzeugt werden, wie in der Formschäumapparatur 1A des zweiten Typs, und auf die inneren Leitungen 32a, 32b kann verzichtet werden.

In dem in Fig. 4 dargestellten Fall werden die ersten Öffnungen 30c, 30d der Kernform 2 bereitgestellt; jedoch da, wo die Innenfläche (Seite der Kernform 2) des Form­ teils nach außen zeigt, wird im Hinblick auf das Aussehen des Formteils bevorzugt, die ersten Öffnungen 30c, 30d im Hohlraumform 3 unterzubringen.

Als nächstes wird ein Fall beschrieben, in dem sich die ersten Öffnungen 30 in der Nähe der peripheren Komponenten, wie einer Fülleinheit 23 oder eines Auswurfstifts 24 befinden.

Wenn die ersten Öffnungen 30 sich in der Nähe der peripheren Komponenten befinden sollen, wie in den Fig. 1, 3 und 4 gezeigt, werden an der Hohlraumform 3 Gehäuseteile 41 mit ungefähr röhrenförmigem Aufbau an Stellen befestigt, die der Fülleinheit 23 und dem Auswurfstift 24 entsprechen, und die Fülleinheit 23 und der Auswurfstift 24 sind so unterge­ bracht, dass sie in diese Gehäuseteile 41 passen. Die kommunizierenden Durchgänge 42, 43, die individuell mit den Betriebsleitungen 15 bis 18 in Verbindung stehen, werden zwischen Fülleinheit 23/Auswurfstift 24 und den Gehäuseteilen 41 erzeugt, die ersten Öffnungen 30e, 30f, die sich in den Formenhohlraum 4 öffnen, werden an den distalen Enden der kommuni­ zierenden Durchgänge 42, 43 erzeugt, und die kommunizierenden Durchgänge 42, 43 sind über die Bedienungsventile SV5, SV6 an die Betriebsleitungen 15 bis 18 angeschlossen, so dass, wie bei den vorstehend beschriebenen, ersten Öffnungen 30a bis 30d Vorgänge, wie das Zuführen von Wasserdampf oder von Druckluft oder eine Druckverminderung, ausgeführt werden können.

Mit dieser Anordnung können die Aufgaben der Erfindung in einem Aufbau gelöst werden, der allein mit den ersten Öffnungen 30e, 30f versehen ist, ohne dass die vorher be­ schriebenen ersten Öffnungen 30a bis 30d gleichzeitig bereitgestellt werden. In einer bevor­ zugten Durchführung werden jedoch die vorher beschriebenen ersten Öffnungen 30a bis 30d gleichzeitig bereitgestellt.

Die ersten Öffnungen 30e, 30f, die sich in der Nähe der distalen Enden der Fülleinheit 23 und des Auswurfstifts 24 befinden, können gleichzeitig mit den vorher beschriebenen ersten Öffnungen 30a bis 30d in der in den Fig. 1, 3 und 4 gezeigten Weise bereitgestellt werden, um individuelle Durchgänge bereitzustellen, die von jeder der ersten Öffnungen 30 zu den äußeren Betriebsleitungen 15 bis 18 führen. Mit dieser Anordnung werden die ersten Öffnungen 30, die Betriebsmedien zuführen können, an wenigstens drei Stellen bereitgestellt: an zwei gegenüberliegenden Endteilen des Formenhohlraums 4 und am zentralen Teil des Formenhohlraums 4, wodurch die Betriebsmedien in einer Weise zugeführt werden können, die für die erforderliche Qualität geeignet ist, und es gibt einen größeren Freiheitsgrad hinsichtlich der Steuerungsvorgänge, wie die Zufuhr und das Abstellen der Betriebsmedien, so dass die Betriebsvorgänge im Hinblick auf den Typ des Formschäumens, den Aufbau und andere Faktoren optimiert werden können.

In dem in den Fig. 1, 3 und 4 gezeigten Fall befinden sich die ersten Öffnungen 30e, 30f in der Nähe der distalen Enden der Fülleinheit 23 und des Auswurfstifts 24, aber die Erfindung ist nicht auf diesen Aufbau begrenzt; in einer anderen Ausführungsform ist es möglich, andere periphere Komponenten, die an der Form angebracht sind, wie Halterungen für Kühlwasserleitungen und dergleichen zu verwenden. Ist eine Anordnung gegeben, in der Wasserdampf sich einheitlich durch alle vorgeschäumten Kügelchen im Formenhohlraum 4 bewegen kann, besteht keine Notwendigkeit irgendwelche kommunizierenden Durchgänge 42, 43 nach außen an die Fülleinheit 23 und den Auswurfstift 24 bereitzustellen, und auf die erste Öffnung 30e, 30f oder auf beide kann verzichtet werden, wobei die ersten Öffnungen 30e, 30f lediglich da bereitgestellt werden, wo dies für die Bauform des zu formenden Form­ teils geeignet ist. In einer anderen Ausführungsform können die ersten Öffnungen 30a bis 30d ausschließlich zum Ablassen mit Wasserdampf, der dem Formenhohlraum 4 über die ersten Öffnungen 30e, 30f zugeführt wird, verwendet werden. In den Fig. 1, 3 und 4 sind die Fülleinheit 23 und der Auswurfstift 24 so gezeigt, wie sie an der Hohlraumform 3 bereit­ gestellt sind; da jedoch, wo sich die Außenfläche (Seite der Hohlraumform 3) des Formteils nach außen erstreckt, wird im Hinblick auf das Aussehen des Formteils bevorzugt, die Fülleinheit 23 und den Auswurfstift 24 auf der Kernform 2 unterzubringen.

Das zweite Merkmal der erfindungsgemäßen IM-Formschäumapparatur beruht auf der Bereitstellung einer zweiten Kühlvorrichtung zum Einspritzen von Kühlwasser in den Formenhohlraum 4 während des Abkühlens des Formteils, so dass das Formteil direkt mit Kühlwasser abgekühlt wird.

Die zweite Kühlvorrichtung wird nun unter Bezug auf die Fig. 1 bis 5 beschrieben. Die Kernform 2 und die Hohlraumform 3 sind mit Kühlwasserdüsen 45, 46 versehen, wobei diese Kühlwasserdüsen 45, 46 jeweils über die Kühlventile CV3, CV4 an eine Kühlwasser­ zuführleitung 22 angeschlossen sind. Während des Abkühlvorgangs, der dem Erhitzen und Verschmelzen der vorgeschäumten Kügelchen mit Wasserdampf folgt, wird Kühlwasser auf die Rückseiten der Formen 2, 3 durch die früher beschriebene erste Kühlvorrichtung gesprüht, wodurch das Formteil indirekt über die Formen 2, 3 abgekühlt wird. Das Kühlwasser wird auch durch die zweite Kühlvorrichtung in den Formenhohlraum 4 unter Druck eingespritzt, so dass das Formteil direkt durch Kühlwasser abgekühlt werden kann. Die zweite Kühlvorrichtung und die erste Kühlvorrichtung können an getrennte Kühlwasserzuführleitungen angeschlossen sein. Wenn es für die Formteile wichtig ist, dass sich unkontaminiert sind, muss die Qualität des Kühlwassers, das der zweiten Kühlvorrich­ tung zugeführt wird, kontrolliert werden, weil dieses Wasser mit dem Formteil in direkten Kontakt kommt; das Kühlwasser, das der ersten Kühlvorrichtung zugeführt wird, braucht jedoch nicht von verunreinigenden Stoffen frei zu sein, weil es nicht mit dem Formteil in direkten Kontakt kommt. Demenstprechend können die Kosten, die mit der Wasserbehandlung verknüpft sind, verringert werden, indem die Qualität lediglich des Kühlwassers, das in die zweite Kühlvorrichtung geleitet wird, kontrolliert wird.

Die Kühlwasserdüsen 45, 46 können jede gewünschte Bauform besitzen, wie eine runde Bauform, eine lange, enge Spaltbauform oder eine ovale Bauform. Während die Stellen der Kühlwasserdüsen 45, 46 willkürlich ausgewählt werden können, sollte die Anordnung derart sein, dass das Formteil durchgehend in ausgewogener Weise abgekühlt wird. Die Anzahl der Düsen kann ebenfalls willkürlich ausgewählt werden, aber weil eine zu große Anzahl die Vorteile, die sich durch die Beseitigung der Kernentlüftungen, Kernentlüf­ tungslöcher und anderer derartiger Luftdüsen ergeben, aufheben, wird in einer bevorzugten Durchführung die Anzahl minimal gehalten, so wie dies aus dem gleichen Grund für die Öffnungsfläche gilt. Genauer gesagt werden, weil die Anzahl der Kühlwasserdüsen vom Formenaufbau und der Formengröße abhängt, Anzahlen im Bereich von 0,5 bis 1,5 Düsen je 100 cm² Oberfläche auf sowohl der konvexen als auch der konkaven Form bevorzugt. Bei einer bevorzugten Durchführung beträgt die Öffnungsfläche je Kühlwasserloch 0,05 cm² (weil dies etwa so groß ist wie ein Bohrloch) bis 2,00 cm² (weil dies etwa so groß ist wie eine Kernentlüftung).

Wenn der Kühlwasserdruck während des Sprühvorgangs des Kühlwassers unterhalb des Drucks des geschäumten Harzes liegt, wird der Wasserdruck durch den Harzdruck über­ wältigt, wodurch das Sprühen unmöglich wird. Er muss daher oberhalb des Drucks des geschäumten Harzes gehalten werden. Oberhalb von 0,5 MPa (dem Standhaltedruck der Polypropylen-Formapparatur) können die Formapparatur und das Formteil beschädigt werden, daher sollte der Druck unterhalb dieses Wertes gehalten werden.

Die Formen 2, 3 können mit unabhängigen Kühlwasserdüsen 45, 46 versehen sein oder in einer anderen Ausführungsform können die ersten Öffnungen 30e, 30f als Kühlwasserdüsen verwendet werden, wie in Fig. 6 gezeigt. Mit dieser Anordnung stehen die kommunizierenden Durchgänge 42, 43 mit der Kühlwasserzuführleitung 22 über ein Bedienungsventil CV5 in Verbindung; wenn das Formteil abgekühlt werden soll, wird das Bedienungsventil CV5 geöffnet, so dass das Kühlwasser dem Formenhohlraum 4 durch die ersten Öffnungen 30e, 30f zugeführt wird. Wenn um die Fülleinheit 23, die zum Einleiten der vorgeschäumten Kügelchen verwendet wird, kein kommunizierender Durchgang 42 bereitgestellt wird, kann ein innerer Durchgang (nicht gezeigt), welcher der Fülleinheit 23 bereitgestellt wird, verwendet werden, um Kühlwasser in den Formenhohlraum 4 zu leiten.

Der Zeitpunkt des Einsprühens von Kühlwasser durch die zweite Kühlvorrichtung sollte relativ zum Zeitpunkt des Versprühes von Kühlwasser durch die erste Kühlvorrichtung leicht verzögert sein. Genauer gesagt werden die Abflussventile DV3, DV4 geöffnet und der Formenhohlraum 4 wird auf Atmosphärendruck gebracht, sobald das Erhitzen durch Wasserdampf der vorgeschäumten Kügelchen beendet ist. Die erste Kühlvorrichtung ist gleichzeitig in Betrieb, wenn der Formenhohlraum 4 auf Atmosphärendruck gebracht wird, und die zweite Kühlvorrichtung ist zu einem vorbestimmten Zeitintervall, nachdem der Formenhohlraum 4 auf Atmosphärendruck gebracht wurde, in Betrieb, nachdem die vorgeschäumten Kügelchen ausreichend expandiert haben. Das heißt, mit der ersten Kühl­ vorrichtung wird das Formteil über die Formen 2, 3 durch Versprühen von Kühlwasser auf die Rückseiten der Formen 2, 3 abgekühlt und es dauert einige Zeit bis zum Abkühlen der Formen 2, 3. Also bewirkt einfaches Versprühen von Kühlwasser, nachdem die vorgeschäumten Kügelchen ausreichend expandiert wurden, kein rasches Abkühlen, somit wird die Abkühldauer verlängert. Andererseits wird das Formteil mit der zweiten Kühlvor­ richtung direkt mit Kühlwasser, das in den Formenhohlraum 4 geleitet wird, abgekühlt; somit kühlt das Formteil, wenn das Kühlwasser zum gleichen Zeitpunkt in den Formenhohl­ raum 4 geleitet wird, zu dem der Formenhohlraum 4 auf Atmosphärendruck gebracht wird, ab, bevor die vorgeschäumten Kügelchen ausreichend expandiert haben, woraus auf dem Formteil eine unebene Oberfläche resultiert. Dementsprechend sollte, um die Abkühldauer zu verringern, während eine hohe Formqualität gewährleistet wird, die erste Kühlvorrichtung sofort nach dem Abschluss des Erhitzungsvorgangs der vorgeschäumten Kügelchen in Betrieb genommen, und die zweite Kühlvorrichtung sollte eine vorbestimmte Zeit nach der ersten Kühlvorrichtung in Betrieb genommen werden.

Versuche zur Bestimmung des Betriebszeitpunkts und der Betriebsdauer der zweiten Kühlvorrichtung werden nun beschrieben.

Formbedingungen Vorgeschäumte Kügelchen

Polypropylenharzkügelchen
mittlerer Expansionsfaktor: 15
Schmelzpunkt: ungefähr 145°C
Schmelzindex: ungefähr 5,5 g/10 min Granulatgewicht: ungefähr 1,8 mg

Formteil

Platten mit B 200 mm × H 500 mm × T 100 mm
mittlerer Expansionsfaktor

11

Formapparatur

max. Wasserdampfdruck: 0,343 MPa (konstant)
Kühlwassertemperatur: 30 bis 40°C
Kühlwasserdruck: ungefähr 0,392 MPa
Bedingung zum Beenden des Abkühlens: Punkt, an welchem der Druck des geschäum­ ten Harzes 0,049 MPa (konstant) erreicht.

Unter den vorstehend angegebenen Formparametern wurde ein Formenhohlraum 4 mit vorgeschäumten Kügelchen gefüllt. Die vorgeschäumten Kügelchen wurden mit Wasser­ dampf erhitzt und verschmolzen und die erste Kühlvorrichtung wurde dann in Betrieb genommen, wodurch Kühlwasser auf die Rückseiten der Formen gesprüht wurde, bis der Druck des geschäumten Harzes 0,049 MPa erreichte, während das Steuerungsmuster für die zweite Kühlvorrichtung in der in Tabelle 2 angegebenen Weise variiert wurde, wodurch sechs verschiedene Typen von Formteilen hergestellt wurden. Zur genaueren Beschreibung des Abkühlverfahrens: In Versuch 1 wurde das Formteil nur mittels der ersten Kühlvorrich­ tung abgekühlt; in Versuch 2 wurde die zweite Kühlvorrichtung 5 Sekunden lang nach einer 20sekündigen Verzögerungsdauer seit dem Betrieb der ersten Kühlvorrichtung in Betrieb ge­ nommen; in Versuch 3 wurde die zweite Kühlvorrichtung 5 Sekunden lang nach einer 10sekündigen Verzögerungsdauer seit dem Betrieb der ersten Kühlvorrichtung in Betrieb genommen; in Versuch 4 wurde die zweite Kühlvorrichtung 2 Sekunden lang nach einer 10sekündigen Verzögerungsdauer seit dem Betrieb der ersten Kühlvorrichtung in Betrieb genommen; in Versuch 5 wurde die zweite Kühlvorrichtung 2 Sekunden lang nach einer 10sekündigen Verzögerungsdauer seit dem Betrieb der ersten Kühlvorrichtung in Betrieb genommen und der Formenhohlraum wurde dann evakuiert; und in Versuch 6 wurden die erste Kühlvorrichtung und die zweite Kühlvorrichtung gleichzeitig 5 Sekunden lang betrieben. Die Formtaktzeit seit dem Beginn des Einfüllvorgangs der vorgeschäumten Kügelchen bis zum Ende des Abkühlvorgangs wurden gemessen, wobei sich die in Tabelle 2 angezeigten Ergebnisse ergaben. Fig. 7 zeigt die Beziehung der Formzeit und des Anpressdrucks des geschäumten Harzes.

Tabelle 1

Wie aus Tabelle 1 und Fig. 7 zu ersehen ist, hatten die Versuche 2 bis 6, in denen sowohl die erste Kuhlvorrichtung als auch die zweite Kühlvorrichtung verwendet wurden, kürzere Abkühldauer und kürzere Gesamtformtaktzeiten als Versuch 1, in dem lediglich die erste Kühlvorrichtung verwendet wurde. Wenn sowohl die erste Kühlvorrichtung als auch die zweite Kühlvorrichtung verwendet wurden, ergab der gleichzeitige Betrieb der zwei Kühlvorrichtung nachdem die vorgeschäumten Kügelchen mit Wasserdampf erhitzt wurden, wie in Versuch 6, eine unebene Oberfläche auf dem Formteil, woraus eine verringerte Qualität des Formteils resultierte. Wenn die zweite Kühlvorrichtung nach einer 20sekündigen Verzögerungszeit seit dem Betrieb der ersten Kühlvorrichtung betrieben wurde, wie in Versuch 2, betrug die Verkürzung der Formtaktzeit etwa 5 Sekunden relativ zu Versuch 1, in dem lediglich die erste Kühlvorrichtung zum Abkühlen verwendet wurde; weil die Vorteile der Bereitstellung der zweiten Kühlvorrichtung in diesem Fall nicht vollständig gezeigt werden, beträgt die Verzögerungszeit vorzugsweise etwa 10 Sekunden, wie in den Versuchen 3 bis 5. Die Zeitdauer des Versprühens von Kühlwasser durch die zweite Kühlvorrichtung beträgt vorzugsweise etwa 5 Sekunden, weil sich 2 Sekunden als zu kurz erwiesen haben, wie durch Versuch 4 gezeigt. Es ist wünschenswert, den Formenhohl­ raum zu evakuieren, nachdem Wasser durch die zweite Kühlvorrichtung zugeführt wurde, da hierdurch die Oberfläche des Formteils getrocknet wird.

Aus den vorstehenden Ergebnissen ist ersichtlich, dass die optimale Verzögerungsdauer für den Betrieb der zweiten Kühlvorrichtung etwa 5 bis 20 Sekunden relativ zur ersten Kühlvorrichtung beträgt und dass die optimale Betriebsdauer der zweiten Kühlvorrichtung etwa 2 bis 10 Sekunden beträgt. Es ist jedoch anzumerken, dass die Verzögerungsdauer für den Betrieb und die Betriebsdauer mit der Größe und dem Aufbau des Formteils etwas variieren und unter Bezug auf den Aufbau und die Größe des Formteils angemessen auszuwählen sind. Genauer gesagt beträgt die Verzögerungsdauer für die Inbetriebnahme der zweiten Kühlvorrichtung relativ zur ersten Kühlvorrichtung 2 bis 30 Sekunden und vorzugsweise 5 bis 20 Sekunden, während die Betriebsdauer der zweiten Kühlvorrichtung 2 bis 30 Sekunden und vorzugsweise 2 bis 10 Sekunden beträgt. Bei der bevorzugten Durchführung ist die Betriebsdauer der zweiten Kühlvorrichtung äquivalent zu 3 bis 50% und vorzugsweise 5 bis 20% der Betriebsdauer der ersten Kühlvorrichtung.

Da Formenfehler vermieden werden können, indem die vorgeschäumten Kügelchen vor der Inbetriebnahme der zweiten Kühlvorrichtung ausreichend expandieren können, wird die Form mit einem Anpressdrucksensor versehen, der den Anpressdruck des geschäumten Harzes gegen die Formen misst. Die zweite Kühlvorrichtung kann in Betrieb genommen werden, wenn der Druck des geschäumten Harzes nach dem Beginn der Inbetriebnahme der ersten Kühlvorrichtung einen Wert erreicht, der dem 0,50- bis 0,95-fachen und vorzugsweise dem 0,6- bis 0,8-fachen des Drucks des geschäumten Harzes, der am Ende des Erhitzens beobachtet wird, äquivalent ist.

Im vorliegenden Beispiel wurden Kühlwasserdüsen 45, 46 bereitgestellt, um den Ab­ kühlwirkungsgrad des Formteils zu erhöhen, aber können so gestaltet sein, dass die Kühl­ wasserdüsen 45, 46 verwendet werden, um auch das Formentrennen des Formteils zu verbes­ sern. Wenn beispielsweise die Kühlwasserdüse 45 über ein Regelventil (nicht gezeigt) und ein Schaltventil SWV2 an die Luftzuführleitung 16 angeschlossen ist und die Kühlwasserdüse 46 über ein Regelventil (nicht gezeigt) und ein Schaltventil SWV4 an eine Druckminderungsleitung 18 angeschlossen ist, bewirkt das Öffnen beider Regelventile, wenn die Formen 2, 3 getrennt werden, die Zufuhr von Druckluft durch die Kühlwasserdüse 45, wodurch das Formteil von der Kernform 2 getrennt wird, während an der Kühlwasserdüse 46 der Druck vermindert wird, so dass das Formteil auf der Hohlraumform 3 gehalten wird, wodurch das Formteil auf der Hohlraumform 3 verbleibt. Mit anderen Worten, das Formteil kann dazu veranlasst werden, auf der gewünschten Form zu bleiben, indem eine Druckdifferenz zwischen der Kernform 2 und der Hohlraumform 3 erzeugt wird. Wenn das Formteil aus der Hohlraumform 3 herausgenommen wird, kann Druckluft der Kühlwasserdüse 46 zugeführt werden, um dem Vorgang des Formentrennens durch den Auswurfstift 24 zu unterstützen.

Das dritte Merkmal der erfindungsgemäßen IM-Formschäumapparatur beruht auf der Bereitstellung eines Sensors für den Anpressdruck zur Durchführung von Reihemnessungen des Drucks des geschäumten Harzes gegen die Formen 2, 3, um die Abkühldauer zu verkür­ zen, indem das Formteil, auf der Basis des gemessenen Drucks des geschäumten Harzes, von der Form getrennt wird, während es noch weich ist, aber nicht so weich, dass es bricht; und auf dem Einspannen des herausgenommenen Formteils in einer Halterung, um seine Gestalt und Abmessungen außerhalb der Formen 2, 3 zu stabilisieren.

Der früher beschriebene Sensor für den Anpressdruck, der zum Bestimmen der Ab­ kühldauer verwendet wird, kann auch als Anpressdrucksensor für diesen Zweck fungieren. Wenn eine Vielzahl von Anpressdrucksensoren bereitgestellt wird, kann jede Formkammer mit einem entsprechenden Sensor versehen werden, und der Zeitpunkt zum Formentrennen wird unter Verwendung eines Mittelwerts der Vielzahl der Anpressdrucksensoren festgesetzt. In einer anderen Ausführungsform können die Formen mit einem einzigen Anpressdrucksensor versehen werden und der Zeitpunkt zum Formentrennen wird basierend auf dem Ausgabewert dieses einzigen Anpressdrucksensors festgelegt.

Genauer gesagt ist der Zeitpunkt zum Formentrennen dann, wenn der Druck des geschäumten Harzes gegen die Formen im Bereich von 0,02 bis 0,2 MPa und vorzugsweise 0,03 bis 0,15 MPa liegt, so dass das Formteil beim Herausnehmen angemessen hart ist. Der Druck des geschäumten Harzes schwankt beim Abkühlen in der in Fig. 8 gezeigten Weise. Wenn der Harzdruck unterhalb von 0,02 MPa liegt, wird die Abkühldauer verlängert. Ober­ halb von 0,2 MPa kühlt das Formteil nicht ausreichend ab, und wenn das Formteil heraus­ genommen wird, während es übermäßig weich ist, kann das Formteil brechen oder unter ver­ ringerter Maßgenauigkeit leiden. Demgemäß wird der Bereich von 0,02 bis 0,2 MPa bevor­ zugt. Indem der Zeitpunkt zum Formentrennen unter Bezug auf den Druck des geschäumten Harzes in dieser Weise eingestellt wird, kann, wenn das Formentrennen durchgeführt wird, wenn der Druck des geschäumten Harzes 0,15 MPa beträgt, die Abkühldauer um etwa die Hälfte verkürzt werden, verglichen mit dem Fall, in dem das Formentrennen bei etwa 0,05 MPa stattfindet, wie in Fig. 8 gezeigt. Selbst wenn es eine Abweichung des Drucks des geschäumten Harzes während der Erhitzungsdauer gibt, kann das Formentrennen immer bei einem konstanten Schäumdruck durchgeführt werden, wodurch die Maßbeständigkeit der Formteile verbessert werden kann.

In der vorliegenden Erfindung wird das herausgenommene Formteil in eine Halterung eingespannt, um die Gestalt und die Abmessungen des weichen Formteils außerhalb der Form zu stabilisieren. Wie hier verwendet, steht Halterung für einen Aushärterahmen zum Stabilisieren der Gestalt und der Abmessungen der Formteile. Wenngleich nicht im vorliegenden Beispiel veranschaulicht, besitzt die verwendete Halterung ein Einrastteil zum Einrasten des Formteils, so dass die exakten Abmessungen des Formteils wenigstens an einer Standardstelle auf dem Formteil (z. B. die Abmessungen des Formteils im Kern einer Kraftfahrzeugstoßstange an der Stelle, an welcher der Kern an den Frontbalken montiert wird) gewährt werden können. Das Formteil wird darin eingespannt, um die Gestalt und die Abmessungen des Formteils zu stabilisieren. Die Bauform der Halterung ist frei wählbar und kann unter Bezug auf die Gestalt des Formteils gewählt werden. Durch das Einspannen des Formteils in einer Halteung, ist es möglich, das Formteil hochgradig exakt zu dimensionieren.

Die Zeitdauer, für welche ein Formteil in der Halterung eingespannt ist, hängt von Faktoren, wie der Formteilgröße und dem Material der vorgeschäumten Kügelchen, ab, und kann wie geeignet im Bereich von 5 bis 60 Minuten ausgewählt werden, wodurch sich eine angemessene Stabilisierung der Gestalt ergibt.

Insbeondere im Fall eines Formteils eines Kerns für eine Kraftfahrzeugstoßstange unter den in Tabelle 2 angegebenen Formbedingungen ist klar, dass die Zeitdauer zum Formen­ trennen in diesem Beispiel kürzer ist, die Abkühldauer kürzer ist und die Formtaktzeit kürzer ist als im Vergleichsbeispiel. Ferner ist klar, dass trotz der Tatsache, dass die Aushärtezeit in der Halterung im Beispiel und Vergleichsbeispiel gleich ist, das Beispiel Formteile guter Qualität mit weniger Abweichung in den Abmessungen des Formetils liefert als das Ver­ gleichsbeispiel, weil das Formentrennen immer bei einem konstanten Schaumdruck durchgeführt wird. In diesem Beispiel hat die Formapparatur keine Luftdüsen und das Abkühlen des Formteils wird ausschließlich durch Versprühen von Kühlwasser auf die Rückseiten der Formen 2, 3 mittels der ersten Kühlvorrichtung durchgeführt, und demzufolge entfällt die Notwendigkeit des Trocknens des Formteils nach dem Herausnehmen aus der Form. Im Ver­ gleichsbeispiel wird jedoch eine herkömmliche Formapparatur verwendet, so dass nach dem Formentrennen ein 5stündiger Trocknungsvorgang erforderlich ist. In diesem Beispiel ist es möglich, den Formtakt weiter zu verkürzen, indem auch eine zweite Kühlvorrichtung ver­ wendet wird, wodurch das Formteil direkt mit Kühlwasser abgekühlt wird. Indem die Zufuhr von Kühlwasser aus der zweiten Kühlvorrichtung in der vorstehend beschriebenen Weise gesteuert wird, wird es möglich, nach dem Formentrennen auf den Trocknungsvorgang zu verzichten.

Tabelle 2

Eine bevorzugte Bauform für ein Formsystem, das mit dieser Ausrüstung ausgestattet ist, ist in Fig. 9 gezeichnet, wobei eine Vielzahl von Halterungen 50 auf einem Fördersystem 51 an der Seite einer Formapparatur 1 angeordnet ist, wobei die Halterungen 50 der Formapparatur mittels des Fördersystems 51 zyklisch zugeführt werden, so das die Formteile 52, die mit der Formapparatur 1 geformt wurden, der Reihe nach in die Halterungen 50 eingespannt werden können, wodurch die Gestalt und die Abmessungen der Formteile 52 stabilisiert werden können.

Das Formverfahren, in dem die in Fig. 1 gezeichnete Formschäumapparatur 1 ver­ wendet wird, wird nun beschrieben.

Dieses Formverfahren wird in die folgenden vier Schritte unterteilt: einen Füllschritt zum Füllen des Formenhohlraums 4 mit vorgeschäumten Kügelchen; einen Erhitzungsschritt zum Erhitzen, Schäumen und Verschmelzen der vorgeschäumten Kügelchen, die den Formenhohlraum 4 füllen; einen Abkühlschritt zum Abkühlen des Formteils und einen Aushärteschritt in der Halterung zum Stabilisieren der Gestalt und der Abmessungen des herausgenommenen Formteils.

Der Füllschritt der vorgeschäumten Kügelchen wird zuerst beschrieben.

In diesem Schritt werden die Kernform 2 und die Hohlraumform 3 geschlossen, die Abflussventile DV3, DV4 werden geöffnet und die vorgeschäumten Kügelchen, die auf einem Luftstrom getragen werden, werden dem Formenhohlraum 4 aus der Fülleinheit 23 zugeführt, während gleichzeitig die Luft, welche in den Formenhohlraum 4 eindringt, aus dem Formenhohlraum 4 über die ersten Öffnungen 30a, 30b abgelassen wird, so wie der Formenhohlraum 4 mit den vorgeschäumten Kügelchen gefüllt wird. Die vorgeschäumten Kügelchen können aus sogenannten Einschlusskügelchen bestehen, die durch Einspritzen von Luft bei einem Druck oberhalb von Atmosphärendruck hergestellt wurde, wodurch für Schäumvermögen vor dem Formen gesorgt wird.

Spezifische Füllverfahren schließen das nachstehend beschriebene Spaltfüllen, Druck­ füllen und Verdichtungsfüllen ein.

• 1. [1] Im Spaltfüllverfahren sind die Kernform 2 und die Hohlraumform 3 während des Füllens nicht vollständig geschlossen (d. h. Spaltbildung), so dass eine Lücke verbleibt, die z. B. etwa 10% der Bodenwandstärke des Formteils gleich ist. Wenn die vorgeschäumten Kügelchen hineingepackt werden, wird die Luft, die zum Füllen verwendet wurde, durch die Lücke zwischen der Kernform 2 und der Hohlraumform 3 herausgelassen.
• 2. [2] Im Druckfüllverfahren wird das Innere eines Behälters für das Ausgangsmaterial, der die vorgeschäumten Kügelchen beherbergt, mit etwa 0,02 bis 0,15 MPa unter Druck gesetzt, und der Formenhohlraum 4 wird auf Atmosphärendruck gebracht. Unter Ausnutzung dieser Druckdifferenz zwischen dem Behälter für das Ausgangsmaterial und dem Formenhohlraum 4 werden die vorgeschäumten Kügelchen in den Formen­ hohlraum 4 transportiert und hineingepackt.
• 3. [3] Im Verdichtungsfüllverfahren wird der Druck p in einem Behälter für das Ausgangsmaterial auf einen höheren Wert als im Druckfüllverfahren erhöht, nämlich etwa 0,01 bis 0,5 MPa, und während eine Druckdifferenz (p - p1) bezüglich des Innendrucks p1 innerhalb des Formenhohlraums 4 aufrecht gehalten wird, werden die Ausgangsmaterialkügelchen transportiert und hineingepackt.

Der Vorgang zum Erhitzen der in den Formenhohlraum 4 gefüllten, vorgeschäumten Kügelchen mit Wasserdampf wird nun beschrieben.

Zuerst werden bei offenen Abflussventilen DV1, DV2 die Bedienungsventile SV1, SV2 geöffnet, wodurch bewirkt wird, dass Wasserdampf in die Kammern 13, 14 strömt, so dass Luft, die in den Kammern 13, 14 vorhanden ist, durch Wasserdampf ersetzt wird. Dieser Schritt kann während der Füllschritts durchgeführt werden.

Als nächstes werden die Abflussventile DV1, DV2 geschlossen und während die Bedienungsventile SV1, SV2 derart gesteuert werden, dass die Kammern 13, 14 einen vor­ bestimmten Wasserdampfdruck erreichen, wird Wasserdampf in die Kammern 13, 14 für eine Heizdauer mit einer vorbestimmten Länge eingeleitet, wodurch die Kernform 2 und die Hohlraumform 3 erhitzt werden, wodurch die vorgeschäumten Kügelchen, die mit der Kern­ form 2 und der Hohlraumform 3 in Kontakt sind, expandieren und verschmelzen, so dass auf dem Formteil eine Haut erzeugt wird.

Die Schritte des Erhitzens der Ausgangsmaterialkügelchen, die den Formenhohlraum 4 füllen, können parallel durchgeführt werden; die Schritte können jedoch grob in drei unterteilt werden.

Im ersten Schritt ist das Abflussventil DV4 geöffnet, das Abflussventil DV3 ist ge­ schlossen, die Bedienungsventile SV3, SV5 und SV6 sind geöffnet und das Bedienungsventil SV4 ist geschlossen, wodurch ein Wasserdampfstrom durch den Formen­ hohlraum 4 so erzeugt wird, dass die Luft, die zwischen den vorgeschäumten Kügelchen vorhanden ist, durch Wasserdampf ersetzt wird.

Im zweiten Schritt ist, umgekehrt zum ersten Schritt, das Abflussventil DV4 ge­ schlossen, das Abflussventil DV3 ist geöffnet, das Bedienungsventil SV3 ist geschlossen und die Bedienungsventile SV4, SV5 und SV6 sind geöffnet, wodurch ein Wasser­ dampfstrom durch den Formenhohlraum 4 so erzeugt wird, dass die Luft, die zwischen den vorgeschäumten Kügelchen vorhanden ist, durch Wasserdampf ersetzt wird. Dieser zweite Schritt kann ausgelassen werden.

Im dritten Schritt sind die Abflussventile DV3, DV4 geschlossen, und während die Be­ dienungsventile SV3 bis SV6 in solcher Weise gesteuert werden, dass der Formenhohlraum 4 einen vorbestimmten Wasserdampfdruck erreicht, wird dem Formenhohlraum 4 für eine Heizdauer mit einer vorbestimmten Länge Wasserdampf zugeführt, wodurch die vorgeschäumten Kügelchen erhitzt, expandiert und verschmolzen werden, wodurch das Innere des Formteils erzeugt wird.

Der Wasserdampf, der den Kammern 13, 14 zugeführt wird, und der Wasserdampf, der dem Formenhohlraum 4 zugeführt wird, gestatten, dass die Oberflächenbereiche des Formteils und das Innere des Formteils unabhängig erhitzt werden, wodurch es ermöglicht wird, die Oberflächenqualitäten des Formteils und das Verschmelzen des Inneren des Form­ teils getrennt zu steuern.

Im nachfolgenden Kühlschritt sind die Kühlwasserventile CV1, CV2 geöffnet und Kühlwasser wird aus den Düsen 20 auf die Kernform 2 und die Hohlraumform 3 gesprüht, wodurch das Formteil im Formenhohlraum 4 durch die Kernform 2 und die Hohlraumform 3 gekühlt wird. Nach der früher beschriebenen, vorbestimmten Verzögerungszeit werden nachfolgend auf den Inbetriebnahme der ersten Kühlvorrichtung die Kühlwasserventile CV3, CV4 und CV5 der zweiten Kühlvorrichtung für ein gegebenes Zeitintervall geöffnet, so dass das Formteil direkt durch das Kühlwasser, das aus den Kühlwasserdüsen 45, 46 in den Formenhohlraum 4 gespritzt wird, abgekühlt wird. In der in Fig. 6 gezeichneten Bauform werden das Kühlwasserventil CV5 und die Kühlwasserventile CV3 und CV4 in der gleichen Weise gesteuert.

In diesem Abkühlvorgang wird der Anpressdruck des geschäumten Harzes schrittweise mittels eines Anpressdrucksensors gemessen und wenn der Druck des geschäumten Harzes 0,02 bis 0,2 MPa erreicht, wird das Abkühlen des Formteils angehalten. Hierbei wird das Abkühlen verhältnismäßig früh beendet, somit ist das Formteil, während es hart genug ist, um Brechen zu verhindern, weicher als Formteile, die durch herkömmliche Formverfahren hergestellt werden.

Im nachfolgenden Aushärtevorgang in der Halterung werden die Formen 2, 3 getrennt und das verhältnismäßig weiche Formteil wird durch den Auswurfstift 24 herausgelöst. Das herausgelöste Formteil wird in die Halterung gespannt und 5 bis 60 Minuten gehärtet, um die Gestalt und die Abmessungen des Formteils außerhalb der Formen 2, 3 zu stabilisieren.

In dieser Weise hergestellte Formteile besitzen ansprechende Oberflächen, die von Spuren frei sind, welche auf den Außenflächen durch Kernentlüftungen und Kernentlüf­ tungslöcher verursacht werden. Die Oberflächenqualitäten können auf Niveaus gehalten werden, die denjenigen von isothermischen Formteilen, die durch herkömmliche Formverfahren hergestellt wurden, äquivalent sind, während gleichzeitig das Ausmaß an Verschmelzen im Inneren auf einen niedrigeren oder höheren Grad als im isothermischen Formteil mit der gleichen gegebenen Oberflächenqualität manipuliert werden kann. Das heißt, wenn vorgeschäumte Kügelchen mit herkömmlichen Formverfahren erhitzt, expandiert und verschmolzen werden, hat, weil die Oberflächen und das Innere der vorgeschäumten Kügelchen unter identischen Heizbedingungen erhitzt werden, eine Verringerung des Ausmaßes an Verschmelzen im Inneren des Formteils Lücken zur Folge, die an den Kügelchengrenzflächen 5A erzeugt werden und Vertiefungen 7, die auf der Oberfläche des Formteils erzeugt werden, wie in Fig. 10(a) gezeigt. Mit dem erfindungsgemäßen Formverfahren können jedoch die Oberfläche und das Innere unab­ hängig erhitzt werden, so dass, wenngleich sich Lücken 6 an den Kügelchengrenzflächen 5A bilden, die Kügelchengrenzflächen 5B, die an der Oberfläche des Formteils liegen, im wesentlichen von Vertiefungen 7 frei sind, wie in Fig. 10(b) gezeigt, wodurch ein Formteil mit einer glatten und ansprechenden Oberfläche geliefert wird. Ein geringes Ausmaß an Ver­ schmelzen im Inneren eines Formteils ist in Fällen geeignet, in denen eher strenge Anforde­ rungen hinsichtlich der Oberflächenqualitäten bestehen, es aber keine Notwendigkeit für eine hohe mechanische Festigkeit gibt, wie bei dekorativen Umrahmungen zum Auffüllen von Betonblockoberflächen, Behälterdeckeln oder Wärmeisolationsmaterialien, wohingegen ein hohes Ausmaß an Verschmelzen des Inneren eines Formteils in Fällen geeignet ist, in denen Anforderungen hinsichtlich der Oberflächenqualitäten nicht besonders streng sind, aber eine Notwendigkeit nach hoher mechanischer Festigkeit oder der Fähigkeit, wiederholter Verwendung standzuhalten, besteht, wie bei Kraftfahrzeugteilen und Kisten zur Warenanlieferung. Dementsprechend ist die Erfindung für Formteile mit verhältnismäßig großer Größe und komplexer Gestalt vorteilhafter und nützlicher als für kleine Formteile mit einfacher Gestalt, wie ein Behälter für Fertignudelgerichte. Sie ist besonders geeignet für die Herstellung von Formteilen mit Längen von 1000 mm oder größer und einer Abweichung (3σ) der Länge von nicht mehr als 0,2%, wie Formteile mit beträchtlicher Ausdehnung, die nichtsdestotrotz genaue Abmessungen haben müssen, wie z. B. ein Kern für eine Kraftfahrzeugstoßstange.

Entsprechend dem IM-Formschäumverfahren für synthetisches Polyolefinharz des ersten Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung wird das Formteil, das aus der Form herausgenommen wurde, in eine Halterung eingespannt wird und darin für ein vorbestimmtes Zeitintervall gehalten, wodurch die Gestalt und die Abmessungen des Form­ teils stabilisiert werden können, wodurch angemessene Maßbeständigkeit des Formteils sicher gestellt werden können, während gleichzeitig die Abkühldauer verkürzt wird, weil das Formteil aus der Form herausgenommen wird, während es noch weich ist, aber nicht weich genug, um zu brechen. In der Folge ist der Durchsatz beim Formen verbessert. Ferner wird der Zeitpunkt zum Formentrennen auf der Basis einer Reihenmessung des Drucks des geschäumten Harzes gegen die Formen bestimmt, wodurch das Formentrennen immer zeitlich optimal gesteuert werden kann, die Abkühldauer minimiert werden kann und die Abweichung in den Abmessungen des Formteils zwischen Spritzungen verringert werden kann, wodurch die Maßbeständigkeit der Formteile verbessert werden kann.

Als zweiter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung können, indem das Abkühlen des Formteils beendet wird und das Formteil an dem Punkt, an dem der Druck des geschäumten Harzes gegen die Formen im Bereich von 0,02 bis 0,2 MPa liegt, herausgenommen wird, Bruch und verringerte Maßgenauigkeit der Formteile verhindert, die Abkühldauer minimiert und der Durchsatz beim Formen verbessert werden.

Wenn die Aushärtedauer eines Formteils in einer Halterung 5 bis 60 Minuten beträgt, als dritter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, werden die Gestalt und die Abmessungen des Formteils angemessen stabilisiert.

Indem eine Vielzahl von Halterungen bereitgestellt werden, die der Formapparatur durch das Fördersystem zyklisch zugeführt werden, als vierter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, können der Formvorgang und der Stabilisierungsvorgang der Formgestalt in kontinuierlichem Betrieb durchgeführt werden.

Indem als Form eine Kernform und eine Hohlraumform verwendet wird, die in den Formabschnitten, die auffallende Teile auf dem Äußeren eines Formteils bilden, keine Luft­ düsen, wie Kernentlüftungen und Kernentlüftungslöcher, haben, als fünfter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, befinden sich Spuren, die auf den Formoberflächen durch Luft­ düsen verbleiben, an unauffälligen Stellen auf den Formoberflächen, wo sie die Attraktivität der Oberfläche des Formteils nicht schmälern. Ferner kann auf Luftdüsen vollständig oder großteils verzichtet werden, wodurch es möglich wird, die Zuleitung von Betriebsmedien zur Kammer an der Rückseite der Kernform, zur Kammer an der Rückseite der Hohlraumform und zum Formenhohlraum separat zu steuern. Demzufolge ist es beispielsweise durch unabhängige Manipulation der Heizbedingungen in diesen drei Teilräumen möglich, den Verschmelzungsgrad im Inneren eines 04540 00070 552 001000280000000200012000285910442900040 0002010065487 00004 04421Formteils auf einem niedrigen Niveau zu halten, wodurch die Formtaktzeit verkürzt wird, während ein Formteil mit einer ansprechenden Oberfläche hergestellt wird, also werden sowohl ein guter Durchsatz als auch ein hoher Produktwert erzielt.

Indem in den zwei Formen vollständig auf Luftdüsen verzichtet wird, als sechster Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, können die Heizbedingungen in den drei Teilräumen, nämlich die Kammer an der Rückwand der Kernform, die Kammer an der Rückwand der Hohlraumform und die Kernform, präzise gesteuert werden und es werden Formteile erhalten, deren Oberflächen von Spuren, die durch Luftdüsen entstehen, frei sind. Das Fehlen von Luftdüsen verhindert auch, dass Kühlwasser mit dem Formteil in direkten Kontakt kommt, wodurch der Wassergehalt des Formteils auf einem niedrigen Niveau gehalten werden kann, was die Notwendigkeit eines Trocknungsvorgangs nach dem Formentrennen beseitigt, unkontaminierte Formteile ohne die Notwendigkeit der Kontrolle der Kühlwasserqualität liefert und für weitere Vorteile sorgt.

Während des Abkühlvorgangs des Formteils, in dem das Formteil indirekt über die Formen unter Verwendung der ersten Kühlvorrichtung abgekühlt wird, während das Form­ teil direkt mit Kühlwasser unter Verwendung der zweiten Kühlvorrichtung abgekühlt wird, als siebter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, kann die Abnahme des Abkühlwirkungsgrads, die mit der Beseitigung der Luftdüsen aus den Formen verknüpft ist, verhindert werden. Das Formteil kann unkontaminiert bleiben, indem einfach die Wasserqualität des Kühlwassers, das mit dem Formteil in direkten Kontakt kommt, d. h. dasjenige aus der zweiten Kühlvorrichtung, kontrolliert wird, wodurch die Kosten, die mit der Wasserbehandlung verknüpft sind, nennenswert verringert werden.

Indem Kühlwasserdüsen bereitgestellt werden in der Nähe der Fülleinheit für die vorgeschäumten Kügelchen, in der Nähe des Auswurfstifts oder beides, als achter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, sind Spuren, die auf dem Formteil durch die Kühlwasserdüsen zurückbleiben, unauffällig, wodurch die Attraktivität des Formteils verbessert wird.

Indem Kühlwasser unter Verwendung der zweiten Kühlvorrichtung durch Kühlwasser­ düsen in den Formenhohlraum einige 2 bis 30 Sekunden gesprüht wird, nachdem mit der ersten Kühlvorrichtung das Abkühlen durch Versprühen von Kühlwasser begonnen wurde, als neunter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, oder indem nacheinanderfolgend der Druck des geschäumten Harzes der vorgeschäumten Kügelchen gegen die Formen gemessen wird und wenn der Druck des geschäumten Harzes, beobachtet nachfolgend auf den Beginn des Versprühens durch die erste Kühlvorrichtung, ein Niveau des 0,50- bis 0,95-fachen des Drucks des geschäumten Harzes, beobachtet beim Abschluss des Erhitzens, erreicht, das Kühlwasser unter Verwendung der zweiten Kühlvorrichtung in den Formenhohlraum gesprüht wird, als zehnter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, kann die Abkühldauer nennenswert verkürzt werden und es können Formteile mit guter Qualität und ansprechenden Oberflächen hergestellt werden.

Indem die Betriebsdauer der zweiten Kühlvorrichtung auf 2 bis 30 Sekunden eingestellt wird, als elfter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, oder indem die Betriebsdauer der zweiten Kühlvorrichtung äquivalent zu 3 bis 50% der Betriebsdauer der ersten Kühlvorrichtung eingestellt wird, als zwölfter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, kann ein angemessener Abkühlwirkungsgrad sichergestellen werden, während das Nasswerden der Formteile durch Kühlwasser verhindert wird, das Schrumpfen der Farm­ teile aufgrund des Über-Abkühlens verhindert wird, der Wassergehalt der Formteile niedrig gehalten wird und die Kontamination der Formteile nach dem Formentrennen verhindert wird.

Die IM-Formschäumteile des dreizehnten Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung werden durch das Formverfahren nach einem des ersten bis zwölften Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung in Gestalt eines Kerns für eine Kraftfahrzeugstoßstange geformt, wodurch ohne eine Abnahme im Durchsatz Formteile zur Verwendung als Kerne für Kraftfahrzeugstoßstangen hergestellt werden können, die aufgrund ihrer großen Größe und den hohen Anforderungen nach Genauigkeit durch herkömmliche Verfahren als schwierig zu formen gelten.

Claims (13)

1. IM-Formschäumverfahren für synthetisches Polyolefinharz, umfassend die Schritte:
Füllen eines Formenhohlraums mit vorgeschäumten Kügelchen, die ein synthetisches Polyolefinharz umfassen;
Erhitzen und Verschmelzen derselben mit Dampf und Abkühlen des Formteils;
wobei während des Abkühlvorgangs der Druck des geschäumten Harzes gegen die Formen nacheinander mittels eines Anpressdrucksensors gemessen wird und wenn der Druck des geschäumten Harzes gegen die Formen einen für das spezielle Formteil vor­ bestimmten Druck erreicht hat, das Abkühlen des Formteils beendet wird, das Formteil aus der Form herausgenommen wird und das Formteil anschließend in eine Halterung gespannt wird, um seine Gestalt zu stabilisieren.

2. IM-Formschäumverfahren für synthetisches Polyolefinharz nach Anspruch 1, in dem das Abkühlen des Formteils beendet wird und das Formteil herausgenommen wird, wenn der Druck des geschäumten Harzes gegen die Formen im Bereich von 0,02 bis 0,2 MPa liegt.

3. IM-Formschäumverfahren für synthetisches Polyolefinharz nach Anspruch 1 oder 2, in dem die Aushärtedauer des Formteils in der Halterung auf zwischen 5 und 60 Minuten eingestellt wird.

4. IM-Formschäumverfahren für synthetisches Polyolefinharz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in dem eine Vielzahl von Halterungen bereitgestellt wird, wobei die Halterungen der Formapparatur mittels eines Fördersystems zyklisch zugeführt werden.

5. IM-Formschäumverfahren für synthetisches Polyolefinharz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in dem als Formen eine Kernform und eine Hohlraumform verwendet werden, die in den Formabschnitten, die auffallende Teile auf dem Äußeren der Formteile bilden, keine Luftdüsen, wie Kernentlüftungen und Kernentlüftungslöcher, haben.

6. IM-Formschäumverfahren für synthetisches Polyolefinharz nach Anspruch 5, in dem beide Formen vollständig von Luftdüsen frei sind.

7. IM-Formschäumverfahren für synthetisches Polyolefinharz nach Anspruch 5 oder 6, in dem während des Abkühlvorgangs des Formteils Kühlwasser auf jede der Rückseiten der beiden Formen durch die erste Kühlvorrichtung gesprüht wird, um das Formteil indirekt durch die Formen abzukühlen; und durch die zweite Kühlvorrichtung Kühl­ wasser von der Außenseite der Form aus Kühlwasserdüsen, die auf wenigstens einer der Formen bereitstehen, in den Formenhohlraum gesprüht wird, so dass das Formteil mit Kühlwasser direkt abgekühlt wird.

8. IM-Formschäumverfahren für synthetisches Polyolefinharz nach Anspruch 7, in dem die Kühlwasserdüsen in der Nähe der Fülleinheit für die vorgeschäumten Kügelchen und/oder in der Nähe des Auswurfstifts bereitstehen.

9. IM-Formschäumverfahren für synthetisches Polyolefinharz nach Anspruch 7 oder 8, in dem durch die zweite Kühlvorrichtung Kühlwasser aus Kühlwasserdüsen in den Formenhohlraum gesprüht wird, 2 bis 30 Sekunden nachdem die erste Kühlvorrich­ tung das Abkühlen durch Versprühen von Kühlwasser begonnen hat.

10. IM-Formschäumverfahren für synthetisches Polyolefinharz nach Anspruch 7 oder 8, in dem der Druck des geschäumten Harzes gegen die Formen nacheinander gemessen wird und wenn der Druck des geschäumten Harzes, beobachtet nachfolgend auf den Beginn des Abkühlens durch die ersten Kühlvorrichtung, ein Niveau des 0,50- bis 0,95-fachen des Drucks des geschäumten Harzes, beobachtet beim Abschluss des Erhitzens, erreicht, das Kühlwasser aus Kühlwasserdüsen in den Formenhohlraum durch die zweite Kühlvorrichtung gesprüht wird.

11. IM-Formschäumverfahren für synthetisches Polyolefinharz nach einem der Ansprüche 7 bis 10, in dem die Betriebsdauer der zweiten Kühlvorrichtung 2 bis 30 Sekunden beträgt.

12. IM-Formschäumverfahren für synthetisches Polyolefinharz nach einem der Ansprüche 7 bis 11, in dem die Betriebsdauer der zweiten Kühlvorrichtung so eingestellt wird, dass sie 3 bis 50% der Betriebsdauer der ersten Kühlvorrichtung äquivalent ist.

13. IM-Formschäumteile, die durch das Formverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Gestalt eines Kerns für eine Kraftfahrzeugstoßstange geformt werden.