DE102015112149A1

DE102015112149A1 - Formwerkzeug

Info

Publication number: DE102015112149A1
Application number: DE102015112149.2A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Kurtz; Norbert Reuber; Michael Ansmann; Christian Kluge
Original assignee: Kurtz GmbH
Current assignee: Kurtz GmbH
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2017-01-26
Also published as: WO2017016845A1; CN108025464A; KR20180025980A; EP3325245A1; KR101896980B1; US20180215084A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug für eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikelschaumstoffkörpern. Das Formwerkzeug begrenzt ein Formnest. Das Formwerkzeug umfasst einen Formrahmen und zumindest eine bezüglich des Formrahmens bewegliche Formplatte. Der Formrahmen zeichnet sich dadurch aus, dass er Stirnwandungen aufweist, die steifer als die zum Formnest weisende Innenwandung ausgebildet sind. Nach einem weiterem Aspekt der vorliegenden Erfindung, weist die Formplatte eine Versteifungsstruktur auf, die unabhängig von einer Hohlkammerstruktur der Formplatte ausgebildet ist, wobei Dampf ausschließlich durch die Hohlkammerstruktur der Formplatte geleitet wird. Weiterhin können Lamellen der Hohlkammerstruktur geneigt angeordnet sein, sodass sich in der Hohlkammerstruktur bildendes Kondenswasser weg von der Innenwandung der Formplatte fließt. Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Dichtungselement, das die Formplatte umschließt. Das Dichtungselement ist als aufblasbarer Schlauch ausgebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formwerkzeug für die Fertigung von Partikelschaumstoffkörpern.
In der WO 2013/120479 A1 werden Leichtbauwerkzeuge beschrieben, die zwei Formplatten aufweisen, die von einem Formrahmen umgeben sind. Die Formplatten sind aus einer mehrschichtigen Struktur ausgebildet, die eine dünne Innenschicht besitzt, mit welcher das Formnest begrenzt wird. Durch die dünne Innenschicht wird das bei der Formgebung den thermischen Wechselbelastungen unterliegende Materialvolumen erheblich reduziert. Der mehrschichtige Aufbau weist neben der Innenschicht noch eine Stützschicht und eine Trägerschicht auf. Die Stützschicht ist aus einer Vielzahl von senkrecht zur Innenschicht angeordneter Stützrippen ausgebildet, welche jeweils eine Vielzahl von Ausnehmungen aufweisen. Durch die Ausnehmung und die Freiräume zwischen den Stützrippen wird eine freie Fluidströmung innerhalb der Stützschicht ermöglicht, welche deshalb auch als Formleitungsschicht bezeichnet wird. Die Trägerschicht besteht aus einer stabilen Platte.
In den Patentansprüchen der WO 2013/120479 A1 ist auch angegeben, dass der Formrahmen aus einer solchen mehrschichtigen Struktur ausgebildet sein kann.
Dieses Leichtbauwerkzeug hat sich grundsätzlich sehr bewährt, da aufgrund des mehrschichtigen Aufbaus die zu erwärmende Wärmekapazität im Vergleich zu herkömmlichen Werkzeugen erheblich reduziert wird, wodurch die Taktzyklen verkürzt werden können und Energie eingespart werden kann.
Man hat in internen Versuchen den Formrahmen ähnlich wie die Formplatten des Werkzeuges mit einer Stützschicht ausgebildet, welche Ausnehmungen und Hohlräume zum Durchleiten von Dampf aufweist. Auch diese Schichtstruktur besteht aus einer dünnen Innenschicht, einer Stützschicht und einer Trägerschicht, die im Vergleich zur Innenschicht eine dicke Platte ist.
Bei diesem Formrahmen gibt es erhebliche Probleme durch Verzüge, die beim Verschweißen auftreten. Aufgrund der dünnen Bleche ist eine Nachbearbeitung schwierig, da wenig Material zur Verfügung steht. Die das Formnest begrenzende Innenschicht bzw. Innenwandung kann erhebliche Verzüge aufweisen. Dies ist äußerst problematisch, da die Formplatten im Formrahmen verschieblich angeordnet sein sollen und die Verschieblichkeit aufgrund der Verzüge nicht möglich ist oder die Abdichtung zwischen der verschieblichen Formplatte und dem Formrahmen nicht zuverlässig sichergestellt werden kann. Zudem bedeutet ein Verzug an den Innenwandungen der Formrahmen, dass die hiermit hergestellten Partikelschaumstoffkörper nicht die gewünschte Form besitzen.
Wegen dieser Probleme mit dem mehrschichtigen Formrahmen hat man die Leichtbauwerkzeuge mit massiven Formrahmen ausgebildet, wie sie von herkömmlichen Formwerkzeugen bekannt sind. Lediglich die Formplatten werden mit dem mehrschichtigen Aufbau ausgebildet.
Die einzelnen Wandungen der Formrahmen sind schmale, langgestreckte Körper, die einerseits mit einer sehr präzisen Innenfläche ausgebildet sein müssen und andererseits erhebliche Kräfte aufnehmen müssen. Andererseits wird bei einem Formwerkzeug, wie es aus der WO 2013/120479 A1 bekannt ist und das einen herkömmliche Formrahmen aufweist, von dem Formrahmen viel Wärme aufgenommen und die Vorteile, die durch die mehrschichtigen Formplatten erzielt werden, erheblich beeinträchtigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Formwerkzeug zum Herstellen von Partikelschaumstoffkörpern zu schaffen, das einen Formrahmen aufweist, der eine geringe Wärmekapazität besitzt und andererseits sich zuverlässig mit der notwendigen Präzision fertigen lässt und mechanisch stabil ist.
Die Aufgabe wird durch ein Formwerkzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Formwerkzeug für eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikelschaumstoffkörpern geschaffen, das ein Formnest begrenzt und einen Formrahmen und zumindest eine bezüglich des Formrahmens bewegliche Formplatte aufweist. Der Formrahmen weist eine dünne, das Formnest begrenzende Innenwandung und zwei Stirnwandungen auf, welche sich vom Rand der Innenwandung radial nach außen erstrecken, wobei die Stirnwandungen steifer und insbesondere dicker als die Innenwandung ausgebildet sind.
Die steifen Stirnwandungen verleihen dem Formrahmen eine hohe Stabilität. Die thermische Verbindung zwischen den steifen bzw. dicken Stirnwandungen und dem Formnest ist gering, sodass die Stirnwandungen die Wärmekapazität des Formrahmens kaum beeinträchtigen. Daher können die Stirnwandungen mit an sich beliebiger, sinnvoller Dicke ausgebildet sein.
Die Stirnwandungen tragen dazu bei, dass die Verzüge, die beim Verschweißen der Innenwandungen mit den Stirnwandungen auftreten, gering sind, da sich die Stirnwandungen kaum verziehen können und damit den Ort einer Schweißnaht oder eines Schweißpunktes, welche zum Verbinden einer der Stirnwandungen mit der Innenwandung vorgesehen sind, exakt definieren.
Die Innenwandung und die Stirnwandungen können mittels Schweißen, insbesondere mittels Laserschweißen, miteinander verbunden sein.
Vorzugsweise werden die einzelnen Elemente des Formrahmens mittels Laserschweißen miteinander verbunden, da Laserschweißen eine sehr dünne Schweißnaht erzeugt, die wenig Verzug verursacht.
An ihren Außenflächen können die starken Stirnwandungen planparallel gefräst werden. Die Stirnwandungen können auch aufgrund ihrer Materialstärke im Nachhinein noch nachgerichtet werden.
Vorzugsweise ist radial außen an den Innenwandungen des Formrahmens eine Wabenstruktur zur Versteifung des Formrahmens angeordnet.
Das Formwerkzeug kann zwei Formrahmen aufweisen, in welchen jeweils verschieblich eine Formplatte angeordnet ist.
Die beiden Formrahmen sind vorzugsweise jeweils mit einer Stirnwandung aneinanderliegend angeordnet, wobei eine der Stirnwandungen, welche zum anderen Formrahmen weisend angeordnet ist, ein Dichtelement aufweisen kann, um die beiden Formrahmen gegenseitig abzudichten.
Die dünne Innenwandung ist mit einer Dicke von maximal 3 mm, vorzugsweise maximal 2,5 mm und insbesondere maximal 2 mm ausgebildet.
Die steifen Stirnwandungen weisen eine Dicke von zumindest 8 mm, vorzugsweise zumindest 9 mm und insbesondere zumindest 10 mm auf.
Der Formrahmen ist vorzugsweise aus vier Rahmenteilen ausgebildet, wobei jeder Rahmenteil einen streifenförmigen, ebenflächigen Innenwandungsabschnitt aufweist.
Das Formwerkzeug ist vorzugsweise hergestellt, indem zuerst die Rahmenteile umfassend jeweils einen der Innenwandungsabschnitte, eine Wabenstruktur und jeweils zwei Stirnwandungsabschnitte zusammengefügt werden, und dann die Rahmenteile zum Formrahmen zusammengefügt werden.
Die einzelnen Wandungsteile des Formrahmens können miteinander verschweißt werden. Sie können auch mittels einer Steckverbindung miteinander verbunden werden, wobei dann entsprechend Dichtungselemente vorzusehen sind.
Die nach außen weisenden Oberflächen der Stirnwandungen können plan gefräst sein. In einer Vorrichtung zum Herstellen von Partikelschaumstoffkörpern werden bspw. zwei Formrahmen zwischen zwei Pressflächen angeordnet, so dass die Formrahmen mit jeweils einer Stirnwandung an einer der beiden Pressflächen und mit der anderen Stirnwandung an dem anderen Formrahmen anliegen. Plan gefräste Oberflächen sind hier von Vorteil, da sie einerseits eine exakte Ausrichtung der Formrahmen bzgl. der Pressflächen und andererseits eine Übertragung der Druckkräfte über der gesamten Fläche der Stirnwandungen sicherstellen. Weiterhin liegen die der beiden Formrahmen angrenzenden Stirnwandungen plan aneinander, so dass sie mit oder ohne Dichtelement gut abgedichtet sind.
Vorzugsweise sind die Wandungsteile nicht mit Dampfkanälen ausgebildet, um Dampf dem Formnest zuzuführen. Hierdurch ist keine rückseitige Abdeckung der Wandungsseite notwendig, was die Fertigung der Wandungsteile der Formwandung erheblich vereinfacht.
Alternativ können in dem Wandungsteil Dampfkanäle integriert sein, die insbesondere mit Silikonschläuchen ausgekleidet sind. Die Silikonschläuche sind vorzugsweise an der zur Formnest weisenden Seite perforiert, sodass der Dampf in das Formnest entweichen kann. Die Innenwandung weist hier entsprechende Durchgangsöffnungen auf.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Formwerkzeug für eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikelschaumstoffkörpern geschaffen, das ein Formnest begrenzt und einen Formrahmen und zumindest eine bezüglich des Formrahmens bewegliche Formplatte aufweist. Die Formplatte ist aus einer dünnen Innenwandung, einer angrenzenden Hohlkammerstruktur, in welcher Dampfkanäle ausgebildet sind, wobei an der von der Innenwandung abgewandten Seite der Hohlkammerstruktur eine Versteifungsstruktur vorgesehen ist.
Die Versteifungsstruktur ist außerhalb der Holkammerstruktur angeordnet. Die Versteifungsstruktur weist keine Dampfkanäle auf. Die Versteifungsstruktur verleiht der Formplatte eine Festigkeit, wird jedoch nicht bei den Temperaturzyklen in dem Maße wie die Hohlkammerstruktur erwärmt bzw. abgekühlt. Hierdurch wird die Wärmekapazität, welche bei den Temperaturzyklen erwärmt bzw. gekühlt werden muss, im Wesentlichen nur durch die Hohlkammerstruktur und die Innenwandung bestimmt. Die Hohlkammerstruktur muss lediglich die Druckkräfte von der Innenwandung auf die Versteifungsstruktur übertragen. Die Steifigkeit der Formplatte wird im wesentlichen durch die Versteifungsstruktur bewirkt. Daher kann die Hohlkammerstruktur dünnwandig ausgebildet sein, was wiederum die Wärmekapazität gering hält.
Die dünne Innenwandung der Formplatte ist mit einer Dicke von maximal 3 mm, vorzugsweise maximal 2,5 mm und insbesondere maximal 2 mm ausgebildet.
Die Innenwandung weist Dampfdurchlassöffnungen auf und die Dampfkanäle der Hohlkammerstruktur sind mit einem Anschluss zum Anschließen einer Dampfzuführleitung versehen.
Die Hohlkammerstruktur kann zumindest einen Anschluss zum Anschließen einer Kondensatabführleitung aufweisen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Formwerkzeug für eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikelschaumstoffkörpern vorgesehen. Das Formwerkzeug begrenzt ein Formnest und weist einen Formrahmen und zumindest eine Formplatte auf. Die Formplatte besitzt eine dünne Innenwandung und eine angrenzende Hohlkammerstruktur, in welcher Dampfkanäle ausgebildet sind. Die Hohlkammerstruktur weist Lamellen auf, welche sich von der Innenwandung weg erstrecken. Nicht vertikal verlaufende Lamellen sind von der Innenwandung weg nach unten geneigt angeordnet, sodass sich auf den Lamellen ansammelndes Kondenswasser weg von der Innenwandung der Formplatte fließt. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich angrenzend an der Innenwandung der Formplatte kein Kondenswasser sammelt, das die Innenwandung lokal kühlen würde und das Verschweißen und Sintern von Schaumstoffpartikeln im Formnest beeinträchtigen würde.
Vorzugsweise sind die geneigten Lamellen der Hohlkammerstruktur mit Durchgangsöffnungen versehen. Insbesondere an dem von der Innenwandung entfernt angeordneten Bereichen der Lamellen sind Durchgangsöffnungen angeordnet, sodass Kondenswasser nach unten durch die Durchgangsöffnung abläuft. Das Kondenswasser kann mit einer Absaugeinrichtung aus der Hohlkammerstruktur entfernt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Formwerkzeug für eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikelschaumstoffkörpern vorgesehen. Das Formwerkzeug begrenzt ein Formnest. Das Formwerkzeug weist einen Formrahmen und eine Formplatte auf. Die Formplatte ist in Bezug zum Formrahmen beweglich angeordnet. Die Formplatte ist mit einem umlaufenden Dichtungselement versehen, um die Formplatte gegenüber dem Formrahmen abzudichten. Das Dichtungselement ist als aufblasbarer Schlauch ausgebildet. Zum Bewegen der Formplatte wird Luft oder Gas aus dem Schlauch abgelassen, sodass die Formplatte frei gegenüber dem Formrahmen beweglich ist. Ist die Formplatte korrekt positioniert, wird der Schlauch mit Luft oder einem sonstigen Gas aufgepumpt, wodurch die Formplatte gegenüber dem Formrahmen abgedichtet ist.
Der Schlauch weist vorzugsweise an den Eckbereichen der Formplatte gummielastische Eckstücke auf, die die Eckbereiche der Formplatte gegenüber den Bereichen des Formrahmens abdichten.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Formwerkzeug für die Vorrichtung zur Herstellung von Partikelschaumstoffkörpern vorgesehen. Das Formwerkzeug begrenzt ein Formnest. Das Formwerkzeug zeichnet sich durch einen an der Innenwandung auf der vom Formnest abgewandten Seite ausgebildeten Hohlkanal aus. Der Hohlkanal ist mit einem Kunststoffschlauch ausgekleidet. Im Bereich des Hohlkanals sind sich durch die Innenwandung und an der angrenzenden Wandung des Kunststoffschlauchs erstreckende Dampfdurchlassöffnungen ausgebildet.
Der Hohlkanal kann in einer Formplatte und/oder in einem Formrahmen ausgebildet sein. Der Kunststoffschlauch kann ein Silikonschlauch sein, es können jedoch auch andere Kunststoffe, die temperaturbeständig sind, um Dampf leiten zu können, verwendet werden.
Bei den oben erläuterten Aspekten der Erfindung ist das Formwerkzeug aus zwei Formrahmen und zwei beweglichen Formplatten ausgebildet, wobei jeweils eine Formplatte in einem Formrahmen angeordnet ist. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass zumindest eine Formplatte in einem Formrahmen örtlich fixiert ist. Die oben erläuterten Aspekte der Erfindung können unabhängig voneinander oder auch in Kombination ausgeführt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
1 schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen von Partikelschaumstoffkörpern mit einem erfindungsgemäßen Formwerkzeug,
2 einen Formrahmen eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs in perspektivischer Ansicht,
3 den Formrahmen aus 2, wobei einzelne Rahmenteile des Formrahmens separat dargestellt sind,
4 den Formrahmen aus 2 in einer Querschnittsansicht,
5 eine Formplatte in perspektivischer Ansicht,
6 die Formplatte aus 5 in einer Explosionsdarstellung,
7 die Formplatte aus 5 in einer Seitenansicht,
8 eine Schnittansicht der Formplatte aus 5 in einer vergrößerten Darstellung mit einer dünnen Innenwandung, einer angrenzenden Hohlkammerstruktur sowie einer Versteifungsstruktur,
9a–d eine Hohlkammerstruktur für eine Formplatte mit geneigten Lamellen in unterschiedlichen Ansichten, und
10a, b schematisch ein Dichtungselement zum Abdichten einer Formplatte gegenüber einem Formrahmen.
Eine Vorrichtung 1 zum Herstellen von Partikelschaumstoffkörpern weist in der Regel zwei Formhälften auf, welche jeweils durch ein Formwerkzeug 2 dargestellt werden (1). Die Formwerkzeuge 2 sind in einer Pressvorrichtung mit zwei Pressrahmen 3, 4 derart angeordnet, dass die Formwerkzeuge 2 mit Hilfe der Pressvorrichtung in einer geschlossenen Stellung zusammengedrückt werden, sodass die beiden Formwerkzeuge 2 gemeinsam ein Formnest begrenzen. In einer geöffneten Stellung (siehe 1) sind die Pressrahmen 3, 4 auseinandergefahren, sodass die beiden Formwerkzeuge 2 voneinander beabstandet sind. In der geöffneten Stellung können die Formwerkzeuge 2 von einem darin hergestellten Partikelschaumstoffkörper entformt werden. Zumindest einer der Pressrahmen 4 ist verschieblich gelagert und wird mittels eines Betätigungsmechanismus 5, der z. B. als Hydraulikzylinder ausgebildet ist, betätigt.
Die Pressrahmen 3, 4, der Betätigungsmechanismus 5, Führungsstangen 6 zum Führen der Pressrahmen 3, 4 sind in einem starren Gehäuserahmen angeordnet, der aus steifen Stahlträgern ausgebildet ist.
Zumindest eines der beiden Formwerkzeuge 2 ist mit einem Füllrohr 7 versehen, das über eine Leitung 8 mit einem Materialvorratsbehälter 9 verbunden ist. Die Leitung 8 ist zum Zuführen von Schaumstoffpartikeln aus dem Materialvorratsbehälter 9 ausgebildet. Die Schaumstoffpartikel werden unter Zugabe von Druckluft zum Füllrohr 7 befördert. Falls das Material, aus dem die Schaumstoffpartikel ausgebildet sind, hohe Adhäsionskräfte aufweist, wie z. B. expandiertes thermoplastisches Polyurethan (eTPU), dann kann es auch zweckmäßig sein, zusätzlich zur Druckluft auch Dampf der Leitung 8 zuzuführen, um ein Verkleben der Schaumstoffpartikel auf dem Transportweg vom Materialvorratsbehälter 9 zum Füllrohr 7 zu vermeiden.
Die beiden Formwerkzeuge 2 sind jeweils mit zumindest einer Dampfzuführleitung 10 und zumindest einer Kondensatabführleitung 11 versehen. Die Dampfzuführleitungen 10 sind mit einem Dampfgenerator (nicht dargestellt) verbunden. Die Kondensatabführleitungen 11 sind mit einer Unterdruckpumpe (nicht dargestellt) verbunden.
Die Formwerkzeuge 2 sind jeweils aus einem Formrahmen 12 und einer innerhalb des jeweiligen Formrahmens 12 beweglich angeordneten Formplatte 13 ausgebildet.
Die Formrahmen 12 bilden einen umlaufenden Rahmen, der mit seiner Innenfläche eine konstante Querschnittsfläche begrenzt. Die Formplatten 13 sind Platten, diein der Draufsicht etwa die Form, die vom Formrahmen 12 begrenzt wird, aufweisen. Am Umfang der Formplatten 13 ist jeweils umlaufend ein Dichtungselement 33 angeordnet, das aus einem aufblasbaren Schlauch ausgebildet ist (10a). Der aufblasbare Schlauch weist an den Eckbereichen außenseitig etwa dreieckförmige Vollgummiteile 34 auf, welche auf den Schlauch aufvulkanisiert sind (10b). Diese dreieckförmigen Dichtungsteile 34 füllen bei aufgeblasenem Schlauch die innenliegenden Ecken des Formrahmens 12 aus. Das Dichtungselement 33 ist mit einer Drucklufteinrichtung zum automatischen Aufblasen und Entleeren des Schlauches verbunden. Zum Bewegen der Formplatte 13 innerhalb des Formrahmes 12 wird Luft aus dem Dichtungsschlauch 33 abgelassen, sodass die Formplatte 13 des Formrahmens 12 beweglich ist. Befindet sich die Formplatte 13 in der gewünschten Position, dann wird der Dichtungsschlauch 33 aufgeblasen, sodass er den Zwischenbereich zwischen der Formplatte 13 und dem Formrahmen 12 vollständig abdichtet. Zum Bewegen der Formplatten 13 im Formrahmen 12 ist jeweils eine Verschiebeeinrichtung vorgesehen. Die Verschiebeeinrichtungen weisen mehrere Schubstangen (nicht dargestellt) auf, welche einen Spindelantrieb besitzen, um die an die Schubstangen gekoppelte Formplatte 13 zu bewegen.
Die Formplatten 13 sind mit federbeaufschlagten Auswurfstangen 14 versehen. Beim Zurückbewegen einer Hälfte des Formwerkzeuges 2 mittels des Betätigungsmechanismus 5 stoßen die Auswurfsstangen 14 an einer Prallplatte (nicht dargestellt) an. Hierdurch werden die Auswurfstangen 14 mit in der Formplatte 13 lagernden Enden durch die Formplatte 13 gedrückt und werfen ein im Werkzeug ausgeformtes Partikelschaumstoffteil aus.
Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Formrahmens ist in den 2 bis 4b gezeigt. Der Formrahmen weist eine dünne Innenwandung 15 auf, welche mit einer Stärke von 1 mm bis 3 mm ausgebildet ist. Von den Rändern der Innenwandung erstrecken sich radial nach außen Stirnwandungen 16. Die Stirnwandungen 16 sind steifer als die Innenwandungen ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Stirnwandungen 16 eine Stärke von 10 bis 12 mm auf. Im Bereich zwischen den Stirnwandungen 16 und radial außen angrenzend an der Innenwandung 15 befindet sich eine Wabenstruktur 17. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Wabenstruktur 17 Rechteckwaben auf, die aus dünnwandigen, orthogonal zueinander verlaufenden Blechstreifen ausgebildet sind.
Der Formrahmen 12 weist in der Vorderansicht eine Rechteckform auf, die aus vier Rahmenteilen 18 ausgebildet ist. Jeder Rahmenteil ist aus einem streifenförmigen, ebenflächigen Innenwandungsabschnitt, zwei Stirnwandungsabschnitten und einem entsprechenden Abschnitt der Wabenstruktur ausgebildet (3).
Die Innenwandung 15 weist kleine Löcher 19 auf, in welche an der Wabenstruktur 17 angeformte Positionierzapfen eingesteckt sind. Die Wabenstruktur 17 ist somit mit einer Steckverbindung mit der Innenwandung 15 verbunden.
Bei der Herstellung des Formrahmens 12 werden zunächst die einzelnen Rahmenteile 18 separat aus den jeweiligen Innenwandungsabschnitten, den Abschnitten der Wabenstruktur und den Stirnwandungsabschnitten zusammengesetzt. Die einzelnen Elemente können miteinander verschweißt werden. Vorzugsweise werden sie mit einzelnen Schweißpunkten miteinander verbunden.
Die einzelnen Rahmenteile 18 werden dann separat gerichtet. Erst danach werden sie zusammengesetzt und miteinander verbunden. Vorzugsweise werden sie durch Schweißen miteinander verbunden. Insbesondere ist Laserschweißen geeignet, da eine Laserschweißnaht sehr dünn ist und wenig Verzerrung verursacht.
Da die Stirnwandungen 16 aus steifen Blechstreifen, insbesondere Stahlblechstreifen, ausgebildet sind, tragen sie wesentlich zur Stabilität des gesamten Formrahmens 12 bei. Insbesondere verhindern sie, dass sich die Rahmenteile 18 bei der Fertigung bzw. dass sich der gesamte Formrahmen 12 verzieht. Zumindest stellen sie sicher, dass die Verzüge gering sind, sodass sie nach dem Zusammenfügen der einzelnen Rahmenteile 18 zum Formrahmen 12 gerichtet werden können. Aufgrund der Dicke der Stirnwandungen 16 ist es möglich diese plan zu fräsen und so die Flächen der Stirnwandungen bezüglich der Innenflächen der Innenwandungen exakt senkrecht zueinander auszurichten.
Der Formrahmen 12 gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist keine Dampfkanäle zum Zuführen von Dampf in das Formnest auf. Dies vereinfacht wesentlich die Fertigung des Formrahmens 12 und verringert die Gefahr von Verzügen, da keine dichten Kammern zum Begrenzen der Dampfkanäle notwendig sind.
4a zeigt eine Ausführungsform des Formrahmens im Querschnitt, welcher kein Füllrohr aufweist. 4b zeigt eine ähnliche Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform des Formrahmens, der mit einem Füllrohr 7 versehen ist, das über eine Leitung 8 mit dem Materialvorratsbehälter 9 verbunden werden kann. Das Füllrohr 7 mündet durch eine entsprechende Öffnung 20 an der Innenwandung 15 am Innenbereich des Formrahmens 12, mit welchem ein Abschnitt des Formnests begrenzt wird.
Die dünnwandig ausgebildete Innenwandung 15 begrenzt einen Abschnitt des Formnests. Die Innenwandung besitzt eine im Vergleich zu einer dicken Wandung geringe Wärmekapazität und entzieht hierdurch dem Formnest beim Erhitzen wenig Wärme.
Die Stirnwandungen 16 besitzen eine wesentlich größere spezifische Wärmekapazität als die Innenwandung 15. Da die Stirnwandungen 16 nur mit ihren Stirnseiten an die Innenwandung 15 gekoppelt sind, ist die thermische Verbindung zum Formnest gering, sodass die Wärmekapazität der Stirnwandungen 16 weder das Erhitzen noch das Abkühlen des Formnests erheblich beeinflussen.
Aufgrund der hohen Steifigkeit der Stirnwandungen 16 besitzt der Formrahmen 12 eine hohe Steifigkeit, was die Gefahr eines Verzugs verringert. Zudem können bei geringfügigen Verzügen durch Planfräsen bzw. Planschleifen der Oberflächen der Stirnwandungen 16 die Außenflächen der Stirnwandungen 16 sowie die Innenfläche der Innenwandung 15 exakt orthogonal zueinander ausgerichtet werden. Dies erlaubt ein Korrigieren der Flächen nach dem endgültigen Zusammenfügen aller Elemente des Formrahmens 12.
Die relativ dicken Stirnwandungen 16 erlauben auch das Einbringen einer Nut (nicht dargestellt) zum Aufnehmen eines Dichtelements. Es kann zweckmäßig sein, an zumindest einer der beiden Stirnwandungen, die im geschlossenen Zustand der Formwerkzeuge 2 aneinander liegen, ein umlaufendes Dichtelement 21 (1) vorzusehen. Das Dichtelement ist vorzugsweise eine Silikondichtung.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Formrahmens 12 (4c) ist mit einem umlaufenden Dampfkanal 35 versehen. Im übrigen ist dieser Formrahmen 12 genauso wie der oben erläuterte Formrahmen 12 ausgebildet. Der Dampfkanal 35 wird durch die Innenwandung 15, einem Blechstreifen bzw. einer Lamelle 36 der Wabenstruktur und zwei zusätzlich angeordnete Blechstreifen 37, 38 begrenzt. Die Blechstreifen 37, 38 sind mit einigen wenigen Schweißpunkten an der Innenwandung 15 bzw. an der Lamelle 36 und miteinander fixiert. Der hierdurch begrenzte Kanal ist nicht dicht, deshalb befindet sich an den Innenflächen der Blechstreifen 37, 38, der Lamelle 36 der Innenwandung 15, die den Dampfkanal begrenzen, eine schlauchförmige Silikonauskleidung 39, die den Dampfkanal 35 abdichtet. In der Silikonauskleidung 39 sind an dem in der Innenwandung 15 anliegenden Abschnitt und an der Innenwand 15 selbst fluchtende Durchgangsöffnungen 40 ausgebildet, durch welche Dampf aus dem Dampfkanal 35 in das durch den Formrahmen 12 begrenzte Formnest austreten kann.
Die Silikonauskleidung 39 erlaubt es, die Metallteile 15, 36, 37 und 39 in einer nichtdichten Weise zu verbinden, da aufgrund der Silikonauskleidung 39 ein unbeabsichtigter Austritt des Dampfes aus dem Dampfkanal 35 sicher vermieden wird. Eine nichtdichte Verbindung der Metallteile 15, 36, 37, 38 erfordert nur wenige, kleine Schweißpunkte, die keinen Verzug am Formrahmen 12 verursachen.
Die Formplatte 13 (5 bis 8) weist eine dünne Innenwandung 22 auf. Die Innenwandung ist mit einer Dicke von 1 bis 3 mm ausgebildet. Außenseitig an der Innenwandung 22 ist eine Hohlkammerstruktur 23 ausgebildet. Die Hohlkammerstruktur 23 weist ähnlich wie die Wabenstruktur 17 des Formrahmens 12 mittels dünnwandiger, streifenförmiger Bleche ausgebildete rechteckförmige Waben auf. Die Hohlkammerstruktur 23 ist jedoch mit einer stirnseitig umlaufenden Seitenwandung 24 und einer an der gegenüberliegenden Seite zur Innenwandung 22 angeordneten Rückwandung 25 im Wesentlichen gasdicht abgeschlossen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Rückwandung 25 im Umfangsbereich der Hohlkammerstruktur 23 ein Stück in Richtung zur Innenwandung 22. Gleichermaßen ist es jedoch auch möglich, dass die Seitenwandung 24 sich über die vollständige Höhe der Hohlkammerstruktur 23 oder auch ein Stück nach innen über den rückwärtigen Bereich erstreckt. Mit im Wesentlichen gasdicht wird zum Ausdruck gebracht, dass die Hohlkammerstruktur nicht absolut dicht ausgebildet ist, weil die Innenwandung 22 der Formplatte 13 Dampfdurchlassöffnungen aufweist, sodass Dampf aus der Hohlkammerstruktur 23 durch die Innenwandung 22 in das Formnest eingeleitet werden kann. Weiterhin weist die Rückwandung 25 Anschlüsse 26 zum Anschließen von Dampfzuführleitungen 27 und Kondensatabführleitungen 28 auf.
In den Blechstreifen 29, die die Waben der Hohlkammerstruktur 23 begrenzen, sind Durchgangslöcher 30 vorgesehen, sodass mehrere Waben zu Dampfkanälen verbunden sind, entlang welcher sich der über die Dampfzuführleitungen 27 zugeführte Dampf in der Hohlkammerstruktur 23 verteilen kann. Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel sind freie Kanäle 40 in der Hohlkammerstruktur 23 ausgebildet, die frei von Blechstreifen der Hohlkammerstruktur 23 sind. Die freien Kanäle 40 erstrecken sich über fast die gesamte Längsrichtung und fast die gesamte Querrichtung der Formplatte 13. Die Dampfzuführleitung 27 und die Kondensatabführleitung 28 münden direkt an den freien Kanälen 40. Am vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jeweils eine Dampfzuführleitung 27 und eine Kondensatabführleitung 28 an ein gemeinsames Anschlussstück 40 angeschlossen, von dem ein kurzer Leitungsabschnitt 42 zu jeweils einer Öffnung 43 der Rückwandung 25 führt. Die Öffnungen 43 sind angrenzend an den freien Kanälen 40 angeordnet.
Die Hohlkammerstruktur 23 ist im Wesentlichen aus dünnwandigen Blechen ausgebildet, wobei die Rückwandung 25, die Seitenwandung 24, die Innenwandung 22 und die Blechstreifen 29 eine Dicke von nicht mehr als 3 mm, vorzugsweise nicht mehr als 2,5 mm und insbesondere nicht mehr als 2 mm aufweisen.
Die Höhe der Hohlkammerstruktur 23, d. h. der Abstand zwischen der Innenwandung 22 und der Rückwandung 25 beträgt nicht mehr als 5 cm, vorzugsweise nicht mehr als 4 cm und insbesondere nicht mehr als 3 cm.
Die Hohlkammerstruktur 23 ist somit ein relativ dünnes Wabenelement, das selbst keine hohe Eigensteifigkeit besitzt. Deshalb ist an der von der Innenwandung 22 abgewandten Seite der Hohlkammerstruktur 23 eine Versteifungsstruktur 31 angeordnet. Die Versteifungsstruktur 31 ist ein Gerüst aus dicken Blechstreifen 32, welche längs- und querverlaufend zueinander angeordnet sind, sodass sie ein Rechteckgitter bilden. Die einzelnen Blechstreifen sind senkrecht zur Ebene der Innenwandung 22 angeordnet. Die längs- und querverlaufenden Blechstreifen sind durch Schweißen oder Löten miteinander verbunden, sodass sie eine integrale Versteifungsstruktur 31 bilden. Die senkrechte Anordnung der Blechstreifen 32 bezüglich der Innenwandung 22 bzw. der Rückwandung 25 bewirkt einerseits eine sehr hohe Biegesteifigkeit gegenüber einem Durchbiegen der Hohlkammerstruktur 23 quer zur Ebene der Innenwandung 22 und andererseits liegen die Blechstreifen 32 nur mit ihren Stirnflächen an der Rückwandung 25 an, sodass die Kontaktfläche und damit der Wärmeübertrag von der Rückwandung 25 zur Versteifungsstruktur 31 sehr gering ist.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Formplatte 13 über eine Fläche von z. B. 60 cm × 120 cm bzw. 50 cm × 100 cm bzw. 60 cm × 125 cm. Bei dieser Größe der Formplatte 13 beträgt die Masse der Versteifungsstruktur 31 ca. 25 kg. Die Masse der Hohlkammerstruktur 23 einschließlich der Rückwandung 25 und der Innenwandung 22 beträgt ca. 2 kg. Da lediglich die Masse der Hohlkammerstruktur 23 bei den Wärmezyklen durch den zugeführten Dampf erwärmt bzw. abgekühlt wird, ist die Beeinträchtigung aufgrund der Wärmekapazität der Formplatte 13 sehr gering. Andererseits ist eine hochsteife Versteifungsstruktur 31 vorgesehen, die bei den Temperaturzyklen im Wesentlichen nicht erwärmt und abgekühlt wird. Die Formplatte 13 besitzt somit einerseits eine hohe Festigkeit und andererseits nur eine geringe Wärmekapazität, die mit dem zugeführten Dampf in Kontakt kommt.
Die Hohlkammerstruktur 23 besitzt daher vorzugsweise eine Masse, die nicht mehr als 30 %, insbesondere nicht mehr als 20 % und vorzugsweise nicht mehr als 15 % der Masse der gesamten Formplatte 13 einschließlich der Versteifungsstruktur beträgt.
An der Versteifungsstruktur 31 sind weiterhin noch Befestigungspunkte 44 zum Befestigen der Schubstangen vorgesehen. Es sind vier Befestigungspunkte 44 in den Eckbereichen der Versteifungsstruktur 31 angeordnet.
Die 9a bis 9d zeigen eine weitere Ausführungsform der Hohlkammerstruktur 23 der Formplatte 13. Die Hohlkammerstruktur 23 ist wabenartig aus horizontalen Blechstreifen bzw. Lamellen 45 und vertikalen Blechstreifen bzw. Lamellen 46 ausgebildet. Die horizontalen Lamellen 45 sind gegenüber einer auf der Innenwandung 22 senkrechtstehenden Ebene geneigt um den Winkel angeordnet (9d). Die Neigung ist derart ausgebildet, dass die horizontalen Lamellen 45 von der Innenwandung 22 der Formplatte 13 etwas nach unten hängen. Hierdurch wird Wasser, das durch Kondensieren von Dampf in der Hohlkammerstruktur 33 entsteht, weg von der Innenwandung 22 der Formplatte 13 geleitet. An dem von der Innenwandung 22 entfernten Rand der horizontalen Lamellen 45 sind Ausbrüche 47 (9b) ausgebildet. Wasser, das sich durch Kondensieren von Wasserdampf in der Hohlkammerstruktur 23 bildet, wird aufgrund der Neigung der horizontalen Lamellen 45 weg von der Innenwandung 22 der Formplatte 13 geleitet und tritt durch die Ausbrüche 47 bzw. sonstigen Öffnungen 30 in den horizontalen Lamellen 45 in den unteren Bereich der Formplatte 13. Zumindest hier ist eine Absaugeinrichtung mit einer Unterdruckpumpe vorgesehen, um das Kondenswasser aus der Formplatte 13 abzuziehen. Mit dieser geneigten Anordnung der horizontalen Lamellen 45 wird verhindert, dass sich Kondenswasser nicht angrenzend an der Innenwandung 22 der Formplatte 13 ansammelt. Dies würde dazu führen, dass die Innenwandung 22 in den Bereichen, an welchen das Kondenswasser anliegt, erheblich gekühlt werden würde und das Verschweißen bzw. Sintern der im Formnest befindlichen Schaumstoffpartikel nicht zuverlässig ausführbar ist. Selbstverständlich können auch noch an anderen Positionen der Formplatte 13 weitere Absaugeinrichtungen vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum Herstellen von Partikelschaumstoffkörpern
2: Formwerkzeug
3: Pressrahmen
4: Pressrahmen
5: Betätigungsmechanismus
6: Führungsstange
7: Füllrohr
8: Leitung
9: Materialvorratsbehälter
10: Dampfzuführleitung
11: Kondensatabführleitung
12: Formrahmen
13: Formplatte
14: Auswurfsstange
15: Innenwandung
16: Stirnwandung
17: Wabenstruktur
18: Rahmenteil
19: Loch
20: Öffnung
21: Dichtelement
22: Innenwandung
23: Hohlkammerstruktur
24: Seitenwandung
25: Rückwandung
26: Anschluss
27: Dampfzuführleitung
28: Kondensatabführleitung
29: Blechstreifen
30: Durchgangsloch
31: Versteifungsstruktur
32: Blechstreifen
33: Dichtungselement
34: Eckdichtungsteil
35: Dampfkanal
36: Lamelle
37: Blechstreifen
38: Blechstreifen
39: Silikonauskleidung
40: freier Kanal
41: Anschlußstück
42: Leitungsabschnitt
43: Öffnung
44: Befestigungspunkt
45: horizontale Lamelle
46: vertikale Lamelle
47: Ausbruch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/120479 A1 [0002, 0003, 0008]

Claims

Formwerkzeug für eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikelschaumstoffkörpern, das ein Formnest begrenzt und einen Formrahmen (12) und zumindest eine bezüglich des Formrahmens (12) beweglichen Formplatte (13) aufweist, wobei der Formrahmen (12) eine dünne das Formnest begrenzende Innenwandung (15) und zwei Stirnwandungen (16) aufweist, welche sich vom Rand der Innenwandung (15) radial nach außen erstrecken, wobei die Stirnwandungen (16) steifer als die Innenwandung (15) ausgebildet sind.
Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass radial außen an den Innenwandungen (15) des Formrahmens (12) eine Wabenstruktur (17) zur Versteifung des Formrahmens (12) angeordnet ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug zwei Formrahmen (12) aufweist, in welchen jeweils verschieblich eine Formplatte (13) angeordnet ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Formrahmen (12) mit jeweils einer Stirnwandung (16) aneinanderliegend angeordnet sind, wobei eine der Stirnwandungen (16), welche zum anderen Formrahmen (12) weisend angeordnet ist, ein Dichtelement (21) aufweist, um die beiden Formrahmen (12) gegenseitig abzudichten.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandungen (15) eine Dicke von maximal 3 mm aufweisen.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnwandungen (16) eine Dicke von zumindest 8 mm aufweisen.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Formrahmen (12) aus vier Rahmenteilen (18) ausgebildet ist, wobei jeder Rahmenteil (18) einen streifenförmigen, ebenflächigen Innenwandungsabschnitt aufweist.
Formwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug hergestellt ist, indem zuerst die Rahmenteile (18) umfassend jeweils einen der Innenwandungsabschnitte, eine Wabenstruktur und jeweils zwei Stirnwandungsabschnitte zusammengefügt werden, und dann die Rahmenteile (18) zum Formrahmen (12) zusammengefügt werden.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die nach außen weisenden Oberflächen der Stirnwandungen (16) plan gefräst sind.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung (15) und die Stirnwandung (16) mittels Schweißen, insbesondere mittels Laserschweißen, miteinander verbunden sind.
Formwerkzeug für eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikelschaumstoffkörpern, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Formwerkzeug ein Formnest begrenzt und einen Formrahmen (12) und zumindest eine bezüglich des Formrahmens (12) bewegliche Formplatte (13) aufweist und die Formplatte (13) eine dünne Innenwandung (22) und eine angrenzende Hohlkammerstruktur (23) aufweist, in welcher Dampfkanäle ausgebildet sind, wobei an der von der Innenwandung (22) abgewandten Seite der Hohlkammerstruktur (23) eine Versteifungsstruktur (31) vorgesehen ist.
Formwerkzeug für eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikelschaumstoffkörpern, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Formwerkzeug ein Formnest begrenzt und einen Formrahmen (12) und zumindest eine Formplatte (13) aufweist und die Formplatte (13) eine dünne Innenwandung (22) und eine angrenzende Hohlkammerstruktur (23) aufweist, in welcher Dampfkanäle ausgebildet sind, wobei die Hohlkammerstruktur (23) Lamellen (45, 46) aufweist, welche sich von der Innenwandung weg erstrecken und nicht vertikal verlaufende Lamellen (45) von der Innenwandung (22) weg nach unten geneigt angeordnet sind, so dass sich auf den Lamellen (45) ansammelndes Kondenswasser weg von der Innenwandung (22) fliest.
Formwerkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die geneigten Lamellen (45) der Hohlkammerstruktur (23) Durchgangsöffnungen (30, 47) aufweisen, die entfernt von der Innenwandung (22) angeordnet sind, so dass Kondenswasser nach unten durch die Durchgangsöffnungen (30, 47) abläuft.
Formwerkzeug nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absaugeinrichtung zum Absaugen von Kondenswasser aus der Hohlkammerstruktur (23) vorgesehen ist.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung (22) Dampfdurchlassöffnungen aufweist.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammerstruktur (23) zumindest mit einem Anschluss zum Anschließen einer Dampfzuführleitung (27) versehen ist.
Formwerkzeug für eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikelschaumstoffkörpern, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Formwerkzeug ein Formnest begrenzt und einen Formrahmen (12) und zumindest eine bezüglich des Formrahmens (12) bewegliche Formplatte (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Formplatte (13) ein umlaufendes Dichtungslement (33) aufweist, um die Formplatte (13) gegenüber dem Formrahmen (12) abzudichten, und das Dichtungselement (33) ein aufblasbarer Schlauch ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch mit einer Drucklufteinrichtung zum automatischen Aufblasen und Entleeren des Schlauches verbunden ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch mit mehreren gummielastischen Eckstücken (34) versehen ist, um die Formplatte (12) an Eckbereichen des Formrahmens (12) abzudichten.
Formwerkzeug für eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikelschaumstoffkörpern, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das Formwerkzeug ein Formnest begrenzt und das Formwerkzeug, weist eine dünne das Formnest begrenzende Innenwandung auf dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenwandung (15, 22) an der vom Formnest abgewandten Seite ein Hohlkanal (35) ausgebildet ist und der Hohlkanal (35) mit einem Kunststoffschlauch (39) ausgekleidet ist, wobei im Bereich des Hohlkanäle (35) sich durch die Innenwandung (15, 22) und einer angrenzenden Wandung des Kunststoffschlauchs (39) erstreckende Dampfdurchlassöffnungen (40) ausgebildet sind.