DE102016014063A1

DE102016014063A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines aus einem Partikelschaum bestehenden Formteils

Info

Publication number: DE102016014063A1
Application number: DE102016014063.1A
Authority: DE
Inventors: Ingo Brexeler
Original assignee: Krallmann Kunststoffverarbeitungs GmbH
Current assignee: Krallmann Kunststoffverarbeitungs GmbH
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2018-05-30
Also published as: EP3544782A1; WO2018095572A1

Abstract

Zur Herstellung eines aus einem Partikelschaum bestehenden Formteils werden Kunststoff-Partikel in eine Formteilkavität eingebracht und dort unter Zuführung von Wärmeenergie aufgeschäumt und/oder versintert. Die Wärmeenergie wird mittels zumindest eines Radiowellensenders und mittels zumindest eines Fluid-Temperatursystems eingebracht. Der Radiowellensender bringt Radiowellen in die Formteilkavität ein und zumindest ein die Formteilkavität begrenzendes Teilwerkzeug wird mittels eines das Fluid-Temperiersystem durchströmenden Temperaturfluids auf eine gewünschte Temperatur erwärmt. Eine entsprechende Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass zusätzlich zu einem Fluid-Temperiersystem für die Teilwerkezeuge zumindest ein Radiowellensender vorgesehen ist, mittels dessen Radiowellen in die Formteilkavität einbringbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem Partikelschaum bestehenden Formteils, wobei Kunststoff-Partikel in eine Formteilkavität eingebracht werden und dort unter Zuführung von Wärmeenergie aufgeschäumt und/oder versintert werden.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines aus einem Partikelschaum bestehenden Formteils, mit mehreren Teilwerkzeugen, die jeweils eine Teilkavität aufweisen, wobei die Teilkavitäten im Zusammenwirken eine Formteilkavität bilden, wobei zumindest eines der Teilwerkzeuge einen Zuführkanal aufweist, durch den Kunststoff-Partikel in die Formteilkavität einbringbar sind, und wobei zumindest eines der Teilwerkzeuge ein Fluid-Temperiersystem besitzt, mittels dessen das Teilwerkzeug auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmbar ist.
Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Form- oder Bauteils aus einem Partikelschaum weist üblicherweise zwei Teilwerkzeuge auf, die jeweils eine Teilkavität besitzen und zusammengefahren und auseinandergefahren werden können. Im zusammengefahrenen Zustand bilden die Teilkavitäten eine Formteilkavität, in die Kunststoffpartikel beispielsweise aus EPP (Expandiertes Polyprophylen) oder aus EPS (Expandiertes Polystyrol) eingebracht werden können. In den Teilwerkzeugen ist üblicherweise jeweils eine Dampfkammer ausgebildet, die von einem oder mehreren Dampferzeugern mit heißem Wasserdampf versorgt wird. Aus den Dampfkammern kann der heiße Wasserdampf über Dampfdüsen in die Formteilkavität eingebracht werden, was zum Aufschäumen der vorher in die Formteilkavität eingebrachten Schaumpartikel und zu deren Verschweißung oder Versinterung führt.
Der zugeführte heiße Wasserdampf erwärmt nicht nur die in der Formteilkavität angeordneten Schaumpartikel auf die für die Aufschäumung oder Verschweißung oder Versinterung notwendige Temperatur, sondern erwärmt gleichzeitig auch die Teilwerkzeuge, die Wandung der Formteilkavität und auch die Wandung der Dampfkammer.
Nach erfolgtem Verschweißen oder Versintern der Schaumpartikel in der Formteilkavität werden die Teilwerkzeuge und damit auch die Dampfkammer mit einem Kühlfluid, üblicherweise kaltem Wasser, abgekühlt, woraufhin die Teilwerkzeuge auseinandergefahren werden, so dass das Formteil entnommen bzw. entformt werden kann. Dieses Vorgehen ist mit einem hohen Energiebedarf und einem sehr hohen Bedarf an heißem Wasserdampf verbunden, da damit nicht nur den Kunststoff-Partikel die notwendige Energie zum Verschweißen oder zum Versintern, zugeführt wird, sondern der wesentliche Teil des heißen Wasserdampfes erwärmt die umliegenden Bauteile, d.h. die Formteilkavität, die Teilwerkzeuge und die Dampfkammer, die anschließend wieder abgekühlt und daraufhin durch neuen heißen Wasserdampf wieder erwärmt werden müssen. Auf diese Weise ist das bekannte Verfahren sehr kostenintensiv.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem Partikelschaum bestehenden Formteils zu schaffen, das einen verringerten Energiebedarf aufweist und aufgeschäumte Formteile guter Qualität liefert.
Ferner soll eine Vorrichtung zur Herstellung eines aus einem Partikelschaum bestehenden Formteils geschaffen werden, mit der sich das Verfahren in einfacher Weise ausführen lässt.
Diese Aufgabe wird in verfahrenstechnischer Hinsicht durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass die Wärmeenergie, die zum Aufschäumen und/oder Verschweißen bzw. Versintern der Kunststoff-Partikel notwendig ist, aus zwei verschiedenen Wärmequellen gemeinsam in die Formteilkavität eingebracht wird. Einerseits wird die Wärmeenergie mittels zumindest eines Radiowellensenders in die Formteilkavität eingebracht, indem von dem Radiowellensender Radiowellen abgestrahlt und der Formteilkavität zugeführt werden. Zusätzlich dazu ist zumindest ein Fluid-Temperiersystem vorgesehen, mit dem zumindest ein die Formteilkavität begrenzendes Teilwerkzeug mittels eines das Fluid-Temperiersystem durchströmenden Temperierfluids, beispielsweise Wasser, auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht und insbesondere erwärmt wird.
Radiowellen im Sinne der Erfindung sind elektromagnetische Wellen in einem Wellenlängenbereich von beispielsweise 13,56 MHz, welche zu einer dielektrischen Erwärmung von einem nicht elektrisch leitenden Material führen können.
Die Radiowellen werden von dem Radiowellensender abgestrahlt, gelangen in den Formhohlraum und erwärmen die dort befindlichen Kunststoff-Partikel soweit, dass diese aufschäumen und zumindest oberflächlich anschmelzen und sich verbinden. Dies funktioniert insbesondere im mittleren Bereich der Kunststoff-Partikelanordnung, d.h. in der Mitte des auszubildenden Formteils gut, kann jedoch im Randbereich insbesondere bei stark strukturierten Bauteilen zu Problemen führen. Zu diesem Zweck ist das Fluid-Temperiersystem vorgesehen, das zumindest ein Teilwerkzeug auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, indem ein Temperierfluid, vorzugsweise eine Temperierflüssigkeit und insbesondere Wasser das Teilwerkzeug durchströmt und damit auf eine vorbestimmte Temperatur bringt. Auf diese Weise ist erreicht, dass die Wandung der Formteilkavität auch in stark strukturierten und verwinkelten Konfigurationen ausreichend erwärmt ist, so dass die dort befindlichen Kunststoff-Partikel zuverlässig aufschäumen oder verschweißen oder versintern, so dass das herzustellende Formteil eine sehr gute Oberflächenqualität aufweist.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass alle die Formteilkavität begrenzenden Teilwerkzeuge jeweils ein Fluid-Temperiersystem aufweisen. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Oberfläche der gesamten Formteilkavität ausreichend erwärmt wird.
In Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Kunststoff-Partikel vor der Einbringung in die Formteilkavität mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, zumindest oberflächlich angefeuchtet werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die die Kunststoff-Partikel befeuchtende Flüssigkeit durch die zugeführte Wärmeenergie innerhalb der Formteilkavität verdampft wird. Auf diese Weise wird innerhalb der Formteilkavität ein Heißdampf erzeugt, der das Aufschäumen der Kunststoff-Partikel und deren Verschweißung oder Versinterung fördert.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Kunststoff-Partikel nach der Einbringung in der Formteilkavität, d.h. innerhalb der Formteilkavität mit einer entsprechenden Flüssigkeit beispielsweise Wasser, angefeuchtet werden.
In vorrichtungstechnischer Hinsicht wird die oben genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines aus einem Partikelschaum bestehenden Formteils mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass zusätzlich zu dem Fluid-Temperiersystems, mittels dessen das Teilwerkzeug auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmbar ist, zumindest einen Radiowellensender vorgesehen ist, mittels dessen Radiowellen in die Formteilkavität einbringbar sind.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weisen alle die Formteilkavität begrenzten Teilwerkzeuge jeweils ein Fluid-Temperiersystem auf.
Das Fluid-Temperiersystem dient dazu, das Teilwerkzeug und damit insbesondere dessen die Formteilkavität begrenzende Oberfläche zu erwärmen. Zusätzlich kann das Fluid-Temperiersystem auch dazu verwendet werden, das entsprechende Teilwerkzeug nach dem Herstellungsprozess des Formteil abzukühlen, indem kaltes Wasser durch die entsprechenden Kanäle innerhalb des Teilwerkzeugs durchgeleitet wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Befeuchtungseinheit vorgesehen, mittels der die Kunststoff-Partikel mit einer Feuchtigkeit, insbesondere Wasser, befeuchtbar sind. Die Befeuchtungseinheit, die entweder als Bad oder als Sprühvorrichtung ausgebildet sein kann, kann in einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung in dem Zuführkanal angeordnet sein, durch den die Kunststoff-Partikel in die Formteilkavität eingebracht werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann sowohl innerhalb der Formteilkavität allerdings auch stromauf des Zuführkanals eine entsprechende Befeuchtungseinheit vorgesehen sein.
Die den in der Formteilkavität befindlichen Kunststoff-Partikeln zugeführte Wärmeenergie und die Art und die Menge der die Kunststoff-Partikel befeuchtenden Flüssigkeit sind so aufeinander abgestimmt, dass die die Kunststoff-Partikel befeuchtende Flüssigkeit durch die zugeführte Wärmeenergie innerhalb der Formteilkavität verdampfbar ist. Auf diese Weise wird innerhalb der Formteilkavität ein Heißdampf erzeugt, der die Kunststoff-Partikel aufschäumt und/oder verschweißt oder versintert.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:

1 Eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Herstellung eines aus einem Partikelschaum bestehenden Formteils in geöffnetem Zustand,
2 die Vorrichtung gemäß 1 in geschlossenem Zustand bei Einbringung der Kunststoff-Partikel,
3 die Vorrichtung gemäß 2 bei dem Aufschäumen und Verschweißen der Kunststoff-Partikel und
4 die Vorrichtung gemäß 3 mit ausgebildetem Formteil.

1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Herstellung eines aus einem Partikelschaum bestehenden Formteils, die ein oberes 1. Teilwerkzeug 11 und ein unteres 2. Teilwerkzeug 12 besitzt. Auf der Unterseite des 1. Teilwerkzeugs 11 ist eine Teilkavität 14 gebildet. In dem 1. Teilwerkzeug 12 ist ein Fluid-Temperiersystem 15 vorgesehen, das zumindest einen im 1. Teilwerkzeug 11 ausgebildeten Fluidkanal 16 umfasst, der von einem Temperierfluid, beispielsweise heißem oder kalten Wasser durchströmt werden kann, wie es durch den Pfeil F₁ angedeutet ist. In dem 1. Teilwerkzeug 11 ist ein Temperatursensor 22 angeordnet, der die Temperatur des 1. Teilwerkzeugs 11 erfasst und ein entsprechendes Temperatursignal über eine Leitung 21 an eine Steuerung 13 abgibt, die auf die Zuführung des Temperierfluids zu dem Fluidkanal 16 Einfluss nehmen kann, wie es gestichelt dargestellt ist. Mittels des Fluid-Temperiersystems 15 kann das 1. Teilwerkzeug 11 mit hoher Genauigkeit auf eine gewünschte Temperatur gebracht und auf dieser gehalten werden.
Auf seiner Außenseite ist das 1. Teilwerkzeug 11 mit einer äußeren Wärmeisolierung 25 versehen.
Auf der der Teilkavität 14 abgewandten Oberseite des 1. Teilwerkzeugs 11 ist ein Gehäuse 23 angeordnet, in dem im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Radiowellensender 24 aufgenommen sind. Mittels der Radiowellensender 24 können Radiowellen durch das 1. Teilwerkzeug 11 hindurch in die Teilkavität 14 abgestrahlt werden.
Der bisher beschriebene Aufbau des oberen 1. Teilwerkzeugs 11 findet sich entsprechend auch beim unteren 2. Teilwerkzeug 12, wobei entsprechende Bauteile mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen sind. Das 1. Teilwerkzeug 11 und das 2. Teilwerkzeug 12 sind mit ihren Teilkavitäten 14 einander zugewandt und können zusammengefahren werden, wobei die Teilkavitäten 14 in geschlossenem Zustand eine Formteilkavität K bilden (s. 2).
Das obere 1. Teilwerkzeug 11 unterscheidet sich von dem unterem 2. Teilwerkzeug 12 im dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass es zusätzlich einen Zuführkanal 17 für Kunststoff-Partikel besitzt. Der Zuführkanal 17 umfasst einen im 1. Teilwerkzeug 11 ausgebildeten 1. Zuführkanal-Abschnitt 18, der in der Teilkavität 14 mündet und an seinem der Teilkavität 14 abgewandten Ende in einen 2. Zuführkanal-Abschnitt 19 übergeht, der mit einem nicht dargestellten Vorrat für Kunststoff-Partikel verbunden ist.
In dem Zuführkanal 17 ist eine Befeuchtungseinheit 20 angeordnet, mit der die den Zuführkanal 17 durchströmenden Kunststoff-Partikel zumindest oberflächlich mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, befeuchtet werden können, so dass sie im befeuchteten Zustand in die Formteilkavität K eintreten.
Anhand der 2 bis 4 solle in Produktionszyklus zur Herstellung eines aus einem Partikelschaum bestehenden Formteils erläutert werden. Zunächst werden die beiden Teilwerkzeuge 11 und 12 aus dem in 1 dargestellten auseinandergefahrenen Zustand zusammengefahren, wobei die beiden Teilkavitäten 14 die Formteilkavität K bilden. Die beiden Teilwerkzeuge 11 und 12 werden über das jeweilige Fluid-Temperiersytem 15 erwärmt und auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht. Wenn die beiden Teilwerkzeuge 11 und 12 und damit die Wandung der Formteilkavität 14 das gewünschte Temperaturniveau erreicht hat, werden die Kunststoff-Partikel durch den Zuführkanal 17 in die Formteilkavität eingefüllt, wie es durch den Pfeil P in 2 angedeutet ist. Beim Durchlaufen der Befeuchtungseinheit 20 werden die Kunststoff-Partikel mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser oberflächlich angefeuchtet.
Anschließend werden die Radiowellensender 24 aktiviert (s. 3) und die von den Radiowellensendern ausgesandten Radiowellen auf die in der Formteilkavität K befindlichen Kunststoff-Partikel gerichtet. Die auf den angefeuchteten Kunststoff-Partikeln befindliche Flüssigkeit verdampft und es wird ein Heißdampf erzeugt, der die Kunststoff-Partikel aufschäumt und/oder verschweißt bzw. versintert. Die mittels des Fluid-Temperiersystems 15 erwärmte Wandung der Formteilkavität K sorgt dafür, dass auch die nahe der Wandung angeordneten Kunstsoff-Partikel aufschäumen und/oder verschweißen oder versintern, so dass ein Formteil mit einer sehr guten Oberflächenqualität erzeugt wird. Nach erfolgter Verschweißung oder Versinterung der Kunststoff-Partikel in der Formteilkavität K werden die Radiowellensender 24 abgestellt und die beiden Teilwerkzeuge 11 und 12 werden durch das jeweilige Fluid-Temperiersystem 15 auf eine Entformungstemperatur abgekühlt (s. 4). Nach Erreichen der Entformungstemperatur öffnet die Vorrichtung 11 und das stabilisierte Formteil kann entnommen werden. Es ist somit wieder der in 1 dargestellte Zustand erreicht, von dem aus der vorgenannte Zyklus erneut abläuft.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines aus einem Partikelschaum bestehenden Formteils, wobei Kunststoff-Partikel in eine Formteilkavität (K) eingebracht werden und dort unter Zuführung von Wärmeenergie aufgeschäumt und/oder versintert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie mittels zumindest eines Radiowellensenders (24) und mittels zumindest eines Fluid-Temperiersystems (15) eingebracht wird, wobei Radiowellen mittels des Radiowellensenders (24) in die Formteilkavität (K) eingebracht werden und wobei zumindest ein die Formteilkavität (K) begrenzendes Teilwerkzeug (11, 12) mittels eines das Fluid-Temperiersystem (15) durchströmenden Temperierfluids auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle die Formteilkavität (K) begrenzenden Teilwerkzeuge (11, 12) jeweils ein Fluid-Temperiersystem (15) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff-Partikel vor der Einbringung in die Formteilkavität (K) mit einer Flüssigkeit angefeuchtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff-Partikel nach der Einbringung in die Formteilkavität (K) mit einer Flüssigkeit angefeuchtet werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit zum Anfeuchten der Kunststoff-Partikel Wasser verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die Kunststoff-Partikel befeuchtende Flüssigkeit durch die zugeführte Wärmeenergie innerhalb der Formteilkavität (K) verdampft wird.
Vorrichtung zur Herstellung eines aus einem Partikelschaum bestehenden Formteils, mit mehreren Teilwerkzeugen (11, 12), die jeweils eine Teilkavität (14) aufweisen, wobei die Teilkavitäten (14) im Zusammenwirken eine Formteilkavität (K) bilden, wobei zumindest eines der Teilwerkzeuge (11, 12) einen Zuführkanal (17) aufweist, durch den Kunststoff-Partikel in die Formteilkavität (K) einbringbar sind, und wobei zumindest eines der Teilwerkzeuge (11, 12) ein Fluid-Temperiersystem (15) besitzt, mittels dessen das Teilwerkzeug (11, 12) auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zumindest ein Radiowellensender (24) vorgesehen ist, mittels dessen Radiowellen in die Formteilkavität (K) einbringbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle die Formteilkavität (K) begrenzenden Teilwerkzeuge (11, 12) jeweils ein Fluid-Temperiersystem (15) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Befeuchtungseinheit (20) vorgesehen ist, mittels der die Kunststoff-Partikel mit einer Flüssigkeit befeuchtbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befeuchtungseinheit (20) in dem Zuführkanal (17) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die die Kunststoff-Partikel befeuchtende Flüssigkeit durch die zugeführte Wärmeenergie innerhalb der Formteilkavität (K) verdampfbar ist.