DE102019127721A1

DE102019127721A1 - Verfahren zum Herstellen eines Partikelschaumstoffteils

Info

Publication number: DE102019127721A1
Application number: DE102019127721.3A
Authority: DE
Inventors: Harald Sommer; Victor Romanov; Uwe Rothaug
Original assignee: Kurtz GmbH
Current assignee: Kurtz GmbH
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2021-04-15
Also published as: CN114728447A; US20220371286A1; WO2021073923A1; EP4045257A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Partikelschaumstoffteils. Das Verfahren umfasst die Schritte des- Zuführens von Schaumstoffpartikel in einen Formraum eines Formwerkzeuges,- Verschweißens der Schaumstoffpartikel im Formraum unter Anlegen eines vorbestimmten Druckes, wobei die Schaumstoffpartikel einen Anteil von zumindest 10 Gew.% an recycelten, geschredderten Schaumstoffpartikel umfassen und das Verschweißen der Schaumstoffpartikel mittels elektromagnetischer Wellen erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Partikelschaumstoffteils.
Produkte aus Kunststoff, wie zum Beispiel Partikelschaumstoffteile, welche nur einmal benutzt werden, wie zum Beispiel Verpackungen, werden als umweltbelastend angesehen. Derartige Kunststoffteile werden zunehmend durch Teile aus anderen Materialien ersetzt. Es besteht daher ein erheblicher Bedarf, Partikelschaumstoffteile umweltverträglicher zu gestalten. Die Umweltverträglichkeit kann gesteigert werden, wenn ein signifikanter Anteil des Materials recycelt werden kann.
Bei aus expandierten, thermoplastischen Polystyrol (ePS) ausgebildeten Partikelschaumstoffteilen gibt es bereits eine Recyclingquote von bis zu 10%. Dies bedeutet, dass bei der Herstellung eines Partikelschaumstoffteils bis zu 10% des Ausgangsmaterials recyceltes Material ist.
Recycelte Partikelschaumstoffteile werden geschreddert und mit neuem Material gemischt. Im Folgenden wird recyceltes, geschreddertes Partikelschaumstoffmaterial als „Regenerat“ und nicht-recycelte Schaumstoffpartikel als „Originat“ bezeichnet. Unter dem Begriff Originat werden somit Schaumstoffpartikel verstanden, welche noch nicht zu einem Partikelschaumstoffteil zusammengeschweißt sind oder waren. Die Schaumstoffpartikel des Originats besitzen eine geschlossene Oberfläche. Sie können auch mit einem Treibmittel gefüllt sein. Beim Erhitzen des Materials dehnt sich die im Material eingeschlossene Luft oder das darin befindliche Treibmittel aus, so dass die Wandungen benachbarter Schaumstoffpartikel sich beim Erhitzen aneinanderdrücken und zu einem Partikelschaumstoffteil miteinander verschweißt werden können.
Recycelte, geschredderte Schaumstoffpartikel (Regenerat) besitzen in der Regel keine geschlossene Oberfläche. Beim Erhitzen dehnen sie sich deshalb nicht aus. Ein geringer Anteil an recycelten, geschredderten Partikelschaumstoffteilen beeinträchtigt die Produktion eines Partikelschaumstoffteils nicht.
Will man jedoch den Anteil an recyceltem Material erhöhen, dann liegt beim Verschweißen der Schaumstoffpartikel zum Partikelschaumstoffteil nicht der notwendige Druck vor, mit dem sich die Schaumstoffpartikel aneinanderdrücken müssen, um eine gleichmäßige Verschweißung zu ermöglichen. Bei einem Anteil des Regenerats von mehr als 10% besteht bei herkömmlichen Produktionsverfahren das Problem, dass die Verschweißung der Partikel bereichsweise nicht erfolgt, so dass es am fertigen Partikelschaumstoffteil Abschnitte gibt, welche nicht korrekt verschweißt sind. Die Schaumstoffpartikel bilden dann lose Brösel im Partikelschaumstoffteil.
Um dem entgegenzuwirken hat man interne Versuche durchgeführt, bei welchen von außen ein Druck auf die Schaumstoffpartikel angelegt wird, so dass sie in einem ausreichenden Maße aneinandergedrückt werden. Es hat sich gezeigt, dass bei einem Anteil von deutlich mehr als 10% von recyceltem Material ein Druck von etwa 5 bar zweckmäßig ist, um eine zufriedenstellende Verschweißung erzielen zu können. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Kontaktfläche der Schaumstoffpartikel von Haus aus größer ist. Dies führt dazu, dass Dampf, der in einem Formraum zum Verschweißen der Schaumstoffpartikel eingeleitet wird, den Randbereich des Formraumes nicht mehr in ausreichendem Maße durchdringen kann. Hierdurch werden die Schaumstoffpartikel im Randbereich stärker als im Zentrum verschweißt. Dies führt wiederum zu Partikelschaumstoffteilen mit geringer Qualität aufgrund schlechter Verschweißung im Zentrum.
Will man den Anteil an Regenerat erhöhen, dann hat man deshalb zu recycelnde Partikelschaumstoffteile geschreddert, gepresst und erneut extrudiert. Hierdurch stellt man Schaumstoffpartikel aus recyceltem Material und mit geschlossener Oberfläche her. Dadurch kann man die oben erläuterten Probleme überwinden. Damit man jedoch recyceltes Material erneut extrudieren kann, muss man Additive hinzugeben. Diese Additive sind teuer. Weiterhin besteht die Gefahr, dass die so hergestellten Schaumstoffpartikel verunreinigt sind und in der Qualität schlechter als aus nicht-recyceltem Material hergestellte Schaumstoffpartikel sind.
Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Partikelschaumstoffteilen aus Schaumstoffpartikel mittels gesättigtem Trockendampf sind beispielsweise in der WO 2014/128214 A1 beschrieben.
Verfahren und Vorrichtungen zum Verschweißen von Schaumstoffpartikel zu Partikelschaumstoffteilen mit elektromagnetischen Wellen sind seit langem bekannt und gehen beispielsweise aus der US 3,060,513 , US 3,242,238 , GB 1 403 326 , US 5,128,073 und der WO 2018/10 01 541 A1 hervor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit welchen recycelte, geschredderte Schaumstoffpartikel mit einem hohen Anteil Regenerat einfach und zuverlässig in hoher Qualität verschweißt werden können.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Partikelschaumstoffteils umfasst die Schritte des

- Zuführens von Schaumstoffpartikel in einen Formraum eines Formwerkzeuges, und
- Verschweißens der Schaumstoffpartikel im Formraum unter Anlegen eines vorbestimmten Druckes, wobei die Schaumstoffpartikel einen Anteil von zumindest 10 Gew.% an recycelten, geschredderten Schaumstoffpartikel (Regenerat) umfassen und das Verschweißen der Schaumstoffpartikel mittels elektromagnetischer Wellen erfolgt.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass beim Verschweißen der Schaumstoffpartikel mittels elektromagnetischer Wellen an die Schaumstoffpartikel ein an sich beliebiger Druck angelegt werden kann, ohne dass hierdurch das Verschweißen der Schaumstoffpartikel beeinträchtigt wird, da die elektromagnetischen Wellen die Schaumstoffpartikel vollständig durchdringen und von innen heraus erhitzen. Je nach Qualität, Größe und Anteil des Regenarts kann der Druck entsprechend eingestellt werden, so dass ein ausreichender Kontakt zwischen benachbarten Schaumstoffpartikel im Formraum besteht.
Versuche der Anmelderin haben gezeigt, dass beim Verschweißen von Partikelschaumstoffteilen aus ePS bis zu einem Anteil von etwa 60 Gew.-% an recycelten, geschredderten Schaumstoffpartikel (Regenerat) kaum eine Qualitätseinbuße vorhanden ist. Dies ist sehr überraschend, da auf sehr einfache Art und Weise ein erhebliches Problem gelöst wird.
Polystyrol absorbiert kaum elektromagnetische Wellen. Zum Verschweißen von Schaumstoffpartikel aus ePS mittels elektromagnetischer Wellen wird deshalb ein Wärmeübertragungsmittel, wie zum Beispiel Wasser, hinzugegeben, das die elektromagnetischen Wellen absorbiert. Hierdurch wird das Schaumstoffmaterial indirekt von den elektromagnetischen Wellen erhitzt. Bei einem Anteil des Regenerats von 70% und mehr enthielten die Partikelschaumstoffteile eine hohe unerwünschte Restfeuchte.
Bei Materialien, wie zum Beispiel Polyurethan (eTPU), welche elektromagnetische Wellen besser als Polystyrol absorbieren, ist es nicht notwendig zum Verschweißen ein Wärmeübertragungsmittel hinzuzugeben. Bei diesen Materialien besteht das Problem der Restfeuchte nicht, so dass auch Partikelschaumstoffteile mit einem Anteil von mehr als 70% Regenerat zuverlässig mit hoher Qualität herstellbar sind.
Der Anteil an recycelten, geschredderten Schaumstoffpartikel kann zumindest 20 Gew.-% und insbesondere zumindest 30 Gew.-% bzw. zumindest 50 Gew.-% oder zumindest 70 Gew.-% betragen.
Der vorbestimmte Druck im Formraum beträgt vorzugsweise zumindest 2 bar, insbesondere zumindest 3 bar und kann auch auf zumindest 5 bar eingestellt werden. Je höher der Druck ist, desto größer kann der Anteil an recycelten, geschredderten Schaumstoffpartikel eingestellt werden und/oder desto stärker kann das recycelte Material geschreddert sein.
Die elektromagnetischen Wellen sind vorzugsweise elektromagnetische RF-Strahlung. Die elektromagnetische RF-Strahlung weist vorzugsweise eine Frequenz von zumindest 30 KHz bzw. zumindest 0,1 MHz, insbesondere zumindest 1 MHz bzw. zumindest 2 MHz und vorzugsweise zumindest 10 MHz auf.
Die elektromagnetische RF-Strahlung weist vorzugsweise eine Frequenz von maximal 300 MHz auf.
Der Generator zum Erzeugen von elektromagnetischen Wellen erzeugt vorzugsweise elektromagnetische Wellen mit einer Amplitude von zumindest 10³ V und insbesondere zumindest 10⁴ V. Handelsübliche Generatoren erzeugen RF-Strahlung mit einer Frequenz von 27,12 MHz.
Die elektromagnetischen Wellen können auch Mikrowellen im Frequenzbereich von 300 MHz bis 300 GHz sein.
Die Schaumstoffpartikel können auf Basis von ePS (expandierbares Polystyrol) oder ePP (expandierbares Polypropylen) ausgebildet sein. Diese beiden Materialien absorbieren elektromagnetische Strahlung nur in einem geringen Maße. Es ist daher zweckmäßig, ein dielektrisches Wärmeübertragungsmedium, wie zum Beispiel Wasser, beim Verschweißen hinzuzugeben.
Die Schaumstoffpartikel können auch aus anderen expandierbaren Thermoplasten ausgebildet sein, insbesondere welchen, die elektromagnetische Wellen gut absorbieren.
Schaumstoffpartikel auf Basis von Polyurethan (ePU), Polyether-Block-Amid (ePEBA), Polylaktat (PLA), Polyamid (ePA), Polybutylenterephthalat (ePBT), Polyester-Ether-Elastomer (eTPEE) oder Polyethylenterephthalat (ePET) können auch verwendet werden. Derartige Materialien absorbieren elektromagnetische Wellen gut, so dass Schaumstoffpartikel aus diesen Materialien ohne Zugabe von einem Wärmeübertragungsmedium mittels elektromagnetischer Wellen verschweißt werden können. Dies gilt vor allem für die Verwendung von RF-Strahlung, mit welcher Formräume mit einer Größe bis zu einigen wenigen Metern gleichmäßig mit elektromagnetischen Wellen bestrahlt werden können.
Die Materialien, welche elektromagnetische Strahlung, insbesondere RF-Strahlung, gut absorbieren, weisen jeweils eine funktionelle Gruppe (hier: Amidgruppe, Urethangruppe bzw. Estergruppe) auf, welche ein Dipolmoment bewirken. Diese funktionellen Gruppen sind dafür verantwortlich, dass die Moleküle die elektromagnetische Strahlung absorbieren. Daher sind auch andere thermoplastische Kunststoffe, welche derartige, ein Dipolmoment verursachende funktionelle Gruppen aufweisen, geeignet mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere RF-Strahlung, verschweißt zu werden.
Die recycelten, geschredderten Schaumstoffpartikel können mit einer Mischvorrichtung mit nicht-geschredderten Schaumstoffpartikel in einem vorbestimmten Verhältnis gemischt und dem Formwerkzeug zugeführt werden. Mittels eines solchen Verfahrens kann der Anteil an recycelten, geschredderten Schaumstoffpartikel frei eingestellt und schnell variiert werden.
Weiterhin kann recyceltes Partikelschaumstoffmaterial geschreddert und dann dem Formraum zugeführt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines Partikelschaumstoffteils vorgesehen, umfassend

- ein Formwerkzeug, das einen Formraum begrenzt,
- eine Einrichtung zum Anlegen eines vorbestimmten Druckes an im Formraum befindliche Schaumstoffpartikel, und
- einen Generator zum Erzeugen von elektromagnetischen Wellen zum Verschweißen der Schaumstoffpartikel im Formraum.

Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Mischeinrichtung zum Mischen von recycelten, geschredderten Schaumstoffpartikeln und nicht-recycelten und nicht-geschredderten Schaumstoffpartikeln und/oder eine Schreddereinrichtung zum Schreddern von zu recycelndem Schaumstoffmaterial vorgesehen ist.
Durch das Vorsehen der Mischeinrichtung ist es möglich, individuelle Verhältnisse von recycelten, geschredderten Schaumstoffpartikeln (=Regenerat) und nicht-recycelten und nicht-geschredderten Schaumstoffpartikeln (= Originat) dem Formwerkzeug zuzuführen und diese Verhältnisse schnell zu variieren. Die Schreddereinrichtung erlaubt das Zuführen von zu recycelnden Partikelschaumstoffteilen, welche auf eine zum erneuten Verschweißen geeignete Größe von Schaumstoffpartikeln geschreddert werden. Insbesondere ist die Schreddereinrichtung derart einstellbar, dass Schaumstoffpartikel mit vorbestimmter Größe gezielt geschreddert werden können.
Es kann eine Sortiereinrichtung vorgesehen sein, welche das Regenerat sortiert, um so Verunreinigungen zu entfernen. Als Verunreinigungen können Schmutz und/oder nicht sortenreines Material aussortiert werden.
Die Sortiereinrichtung kann im Prozessablauf der Schreddereinrichtung nachgeordnet sein. Es kann jedoch auch eine Sortiereinrichtung unabhängig von einer Schreddereinrichtung vorgesehen sein, mit welcher dann bereits geschreddertes, recyceltes Material, das bspw. angeliefert wird, sortiert und dann dem Formwerkzeug zugeführt wird.
Eine solche Sortiereinrichtung ist in der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2019 127 708.6 offenbart. Auf diese Patentanmeldung wird vollinhaltlich Bezug genommen.
Die Einrichtung zum Anlegen eines vorbestimmten Druckes an im Formraum befindlichen Schaumstoffpartikel kann eine Presse sein, welche ein aus zwei Formhälften bestehendes Formwerkzeug entsprechend zusammendrückt, um den Druck im Formraum zu erzeugen. Diese Einrichtung kann jedoch auch eine Pumpe umfassen, mit welcher Trägergas, mit dem Schaumstoffpartikel in den Formraum befördert wird und der Formraum hierdurch unter einen vorbestimmten Druck gesetzt wird. Beim Befüllen des Formraumes mit Schaumstoffpartikel wird somit ein gewünschter Druck eingestellt.
Das oben erläuterte Verfahren kann derart ausgebildet sein, dass die beschriebene Vorrichtung hierbei verwendet wird.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft näher anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen schematisch in:

1 eine Vorrichtung zum Herstellen eines Partikelschaumstoffteils unter Verwendung von recyceltem Partikelschaumstoffmaterial in einem Blockschaltbild.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Herstellen von Partikelschaumstoffteilen erläutert (1). Derartige Vorrichtungen werden auch als Formteilautomat 1 bezeichnet.
Der Formteilautomat 1 weist zumindest ein Formwerkzeug 2 auf, das aus einer oberen Formhälfte 3 und einer unteren Formhälfte 4 ausgebildet ist. Das Formwerkzeug 2 begrenzt einen Formraum (nicht dargestellt) zum Aufnehmen von Schaumstoffpartikeln, welche im Formraum zu einem Partikelschaumstoffteil durch Zugabe von Wärme verschweißt werden.
Das Formwerkzeug 2 ist ein sogenanntes Crack-Spalt-Formwerkzeug, d.h., dass es derart ausgebildet ist, dass die beiden Formhälften 3, 4 zur Aufnahme von Schaumstoffpartikeln ein Stück auseinander gefahren werden können, um dann im gefüllten Zustand mittels einer Presse 5 zusammengedrückt zu werden, um die im Formraum befindlichen Schaumstoffpartikel unter Druck zu setzen.
Die Presse 5 weist einen Pressentisch 6 mit einer Auflageplatte 7 und einen Pressstempel 8 mit einer Pressplatte 9 auf. Der Pressstempel 8 weist eine Zylinder-/Kolbeneinheit 10 auf, mit welcher die Pressplatte angehoben und abgesenkt werden kann (Doppelpfeil 11).
Weiterhin ist ein Behälter 12 zum Aufnehmen von zu recycelnden Partikelschaumstoffteilen vorgesehen. Der Behälter 12 mündet mit seiner trichterförmigen und nach unten offenen Unterseite in eine Schreddereinrichtung 13. Die Schreddereinrichtung 13 ist zum Schreddern von Partikelschaumstoffteilen ausgebildet, welche zu Schaumstoffpartikeln mit einem vorbestimmten Größenbereich geschreddert werden. Die geschredderten Schaumstoffpartikel sind durch den Schreddervorgang ungleichmäßig geformt. Die maximale Ausdehnung dieser Schaumstoffpartikel liegt üblicherweise im Bereich von zumindest 3 mm, insbesondere zumindest 4 mm und bis zu maximal 10 mm bzw. maximal 8 mm. Die Größe der geschredderten Schaumstoffpartikel kann beispielsweise durch Einstellung eines Abstandes zwischen zwei Schredderwalzen gesteuert werden.
Die Schreddereinrichtung 13 ist über eine Leitung 14 mit einer Sortiereinrichtung 15 verbunden. Sortiereinrichtungen zum Sortieren von Schaumstoffpartikeln sind in der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2019 127 708.6 beschrieben. Auf diese Patentanmeldung wird vollinhaltlich Bezug genommen. Mit der Sortiereinrichtung 15 können die geschredderten Schaumstoffpartikel nach vorbestimmten Kriterien sortiert werden. Es kann ein oder es können mehrere Sortierkriterien angewandt werden. Schaumstoffpartikel, welche nicht den gewünschten Kriterien entsprechen, werden über eine Ausschleuseleitung 16 in einen Auffangbehälter 17 ausgeschleust.
Die Sortiereinrichtung 15 ist mit einer Leitung 18 mit einer Mischeinrichtung 19 verbunden. Über die Leitung 18 werden die recycelten, geschredderten Schaumstoffpartikel, welche den Sortierkriterien entsprechen, von der Sortiereinrichtung 15 zur Mischeinrichtung 19 befördert. Diese Schaumstoffpartikel bilden ein Regenerat.
Die Mischeinrichtung ist mit einem Vorratsbehälter 20 über eine Leitung 21 verbunden.
In den Leitungen 14, 18 werden die Schaumstoffpartikel mit einem Trägergas befördert. Das Trägergas ist in der Regel Luft. Dieses Trägergas kann mit einer Pumpe 22 unter Druck gesetzt werden. Die Pumpe 22 ist über eine Zweigleitung 23 mit der Leitung 21 verbunden.
Der Vorratsbehälter 20 dient zum Bereitstellen von nicht-recycelten Schaumstoffpartikeln. Diese werden als Originat bezeichnet. Das Originat wird über die Leitung 21 der Mischeinrichtung 19 zugeführt.
An der Mischeinrichtung 19 wird das Regenerat und das Originat in einem bestimmten Verhältnis zusammengemischt. Das Mischverhältnis ist frei einstellbar.
Die Mischeinrichtung 19 ist mit einer Leitung 24 mit einem Füllinjektor 25 verbunden, welcher an einer der beiden Formhälften 3 mündet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel mündet der Füllinjektor 25 an der oberen Formhälfte 3.
Der Füllinjektor ist über eine Druckluftleitung 26 mit einer weiteren Pumpe 27 verbunden, mit welcher dem Füllinjektor 25 unter Druck stehende Luft zugeführt werden kann, welche als Füllluft bezeichnet wird, mit welcher die Schaumstoffpartikel aus dem Füllinjektor 25 in den Formraum des Formwerkzeuges 2 befördert und gegebenenfalls unter Druck gesetzt werden.
Die Auflageplatte 7 ist elektrisch leitend ausgebildet. Sie ist vorzugsweise eine Metallplatte. Sie kann beispielsweise aus Stahl oder aus Aluminium ausgebildet sein. Die Auflageplatte 7 ist mit einer Koaxialleitung 28 mit einem Hochfrequenzgenerator 29 verbunden.
Der Hochfrequenzgenerator ist zum Erzeugen von RF-Strahlung ausgebildet. Der Hochfrequenzgenerator ist mit einer elektrischen Erde 30 verbunden.
Die Pressplatte 9 ist auch elektrisch leitend ausgebildet. Sie kann gleichermaßen eine Metallplatte, insbesondere eine Aluminium- oder Stahlplatte sein, welche wiederrum mit der elektrischen Erde verbunden ist.
Die Auflageplatte 7 und die Pressplatte 9 bilden somit Kondensatorplatten, zwischen welchen mit dem Hochfrequenzgenerator 29 ein Hochfrequenzfeld bzw. RF-Strahlung angelegt werden kann.
Die beiden Formhälften 3, 4 sind aus einem für RF-Strahlung im Wesentlichen transparenten Material ausgebildet. Dieses Material ist beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylen, insbesondere UHMWPE oder Polyetherketon (PEEK).
Optional kann an einer oder mehreren Stellen der Leitungen 18, 21 und 24 eine Düse 31 zum Zuführen von Wasser oder einem anderen Fluid vorgesehen sein. Das Wasser kann als Flüssigkeit oder Dampf zugeführt werden.
Die Zugabe des Fluids kann einerseits vorgesehen sein, um den Transport der Schaumstoffpartikel in den Leitung zu erleichtern. Solche Schaumstoffpartikel neigen dazu, miteinander zu verklumpen. Sind sie mit einer Flüssigkeit, wie z. B. Wasser, an der Oberfläche benetzt, dann nimmt diese Neigung ab und die Förderung erfolgt zuverlässiger. Weiterhin kann ein solches Fluid als Wärmeübertragungsmedium beim Verschweißen der Schaumstoffpartikel dienen. Bestimmte Kunststoffmaterialien, wie z. B. Polystyrol (ePS) und Polypropylen (ePP) absorbieren nur in einem sehr geringen Maße elektromagnetische Strahlung. Das Wärmeübertragungsmedium kann die elektromagnetische Strahlung im Formraum absorbieren und an die Schaumstoffpartikel übertragen. Werden Materialien verwendet, welche von Haus aus elektromagnetische Strahlung gut absorbieren, dann ist die Zugabe eines Wärmeübertragungsmediums nicht notwendig.
Mit diesem Formteilautomat 1 kann folgendes Verfahren ausgeführt werden:

Zu recycelnde Partikelschaumstoffteile werden in den Behälter 12 gegeben, von dem sie in die Schreddereinrichtung 13 gelangen. In der Schreddereinrichtung 13 werden sie zu Schaumstoffpartikeln geschreddert. Die Schaumstoffpartikel werden in eine vorbestimmte Größe geschreddert, welche einstellbar ist. Dieses Regenerat wird der Sortiereinrichtung 15 zugeführt. Mit der Sortiereinrichtung 15 werden Verunreinigungen oder Schaumstoffpartikel, welche vorbestimmten Kriterien nicht entsprechen, aussortiert. Diese Kriterien können unterschiedlichster Art, wie z. B. Größe, Form, Farbe, Dichte sein. Es können auch magnetische Partikel ausgefiltert werden.

Das derart aufbereitete Regenerat wird über die Leitung 18 der Mischeinrichtung 19 zugeführt, indem das Regenerat mit dem Originat in einem vorbestimmten Verhältnis gemischt werden kann. Das Mischungsverhältnis kann an sich beliebig eingestellt sein. Der Anteil des Originats kann auch 0% betragen.
Von der Mischeinrichtung 19 werden die Schaumstoffpartikel dem Formwerkzeug 2 zugeführt. Hierbei wird das Trägergas mittels der Pumpen 22, 27 unter Druck gesetzt, so dass die Schaumstoffpartikel unter Druck dem Formraum zugeführt werden.
Während des Zuführens der Schaumstoffpartikel sind die beiden Formhälten 3, 4 ein Stück auseinander gezogen. Nachdem der Formraum mit Schaumstoffpartikeln gefüllt ist, werden die beiden Formhälften 3, 4 mittels der Presse 5 ein Stück zusammengedrückt, wodurch der Formraum verkleinert und der Druck auf die Schaumstoffpartikel im Formraum erhöht wird.
An die so unter Druck gesetzten Schaumstoffpartikel wird mit dem Hochfrequenzgenerator 29 eine RF-Strahlung angelegt, so dass die Schaumstoffpartikel erhitzt werden und miteinander verschweißen.
Die RF-Strahlung erhitzt die Schaumstoffpartikel im Formraum und werden von innen heraus erhitzt, da sie entweder unmittelbar die RF-Strahlung absorbieren oder ihnen ein Wärmeübertragungsmedium, wie z.B. Wasser hinzugegeben ist, das die RF-Strahlung absorbiert und auf die Schaumstoffpartikel überträgt.
Es ist nicht notwendig, dass zum Verschweißen der Schaumstoffpartikel von außen dem Formwerkzeug 2 Dampf zugeführt wird. Das unter Druck setzen der Schaumpartikel im Formraum beeinträchtigt in keiner Weise die Wärmezufuhr mittels elektromagnetischer Strahlung.
Die Kombination aus elektromagnetischer Strahlung und das Anlegen eines Druckes an die im Formraum befindlichen Schaumstoffpartikel erlaubt somit das Verschweißen von Schaumstoffpartikeln mit einem hohen Anteil an Regenerat. Unten werden Beispiele näher erläutert.
Im Rahmen der Erfindung kann das oben erläuterte Ausführungsbeispiel auf unterschiedlichste Art und Weise abgewandelt werden. Zum Beispiel genügt es, zum Anlegen von Druck lediglich eine Pumpe oder eine Presse vorzusehen. Es ist nicht notwendig, dass die Schaumstoffpartikel mit einer Pumpe unter Druck gefüllt werden und danach das Formwerkzeug mittels der Presse zusammengedrückt wird. Jedoch erlaubt die Kombination aus Druckfüllen mittels einer Pumpe und Verdichten des Crack-Spaltes mittels einer Presse das Anlegen eines hohen Druckes im Formraum.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch nicht notwendig, dass die Formhälften für die elektromagnetischen Wellen transparent sind. Die Formhälften können auch aus Metall ausgebildet sein und selbst als Kondensatorplatten fungieren. Sind beide Formhälften elektrisch leitend ausgebildet, dann sind sie jedoch voneinander zu isolieren.
Beispiele
Es wurden Platten mit den Dimensionen 1000 x 500 x 60 mm (= 30 Liter) hergestellt. Sowohl das Originat als auch das Regenerat waren Schaumstoffpartikel aus ePS. Beim Füllen wurde das Werkzeug um einen Crackspalt von 9 mm geöffnet. Das aufgeweitete Volumen des Formraums betrug 34,5 Liter.
Durch das Zusammenfahren der Formhälften wurden die Schaumstoffpartikel unter Druck gesetzt.
Es wurden Platten mit einem Anteil von Regenerat von 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% und 100% hergestellt.
Als Wärmeübertragungsmedium wurde Wasser hinzugegeben. Die Menge an Wasser betrug zwischen 150 ml und 250 ml. Je größer der Anteil an Regenerat war, desto höher war auch die zugegebene Menge Wasser.
Alle Platten konnten verschweißt werden. Bei Platten mit einem Anteil an Regenerat von 70% und mehr, war die Oberfläche etwas rauer und sie enthielten wesentlich mehr Restfeuchte, welche in den offenporigen Schaumstoffpartikel des Regenerates verblieb.
Platten mit bis zu 60% Regenerat erfüllten alle Qualitätsanforderungen und sie sind kaum von Platten ohne Regenerat zu unterscheiden.
Bezugszeichenliste

1: Formteilautomat
2: Formwerkzeug
3: Obere Formhälfte
4: Untere Formhälfte
5: Presse
6: Pressentisch
7: Auflageplatte
8: Pressstempel
9: Pressplatte
10: Zylinder-/Kolbeneinheit
11: Doppelpfeil
12: Behälter
13: Schreddereinrichtung
14: Leitung
15: Sortiereinrichtung
16: Ausschleuseleitung
17: Auffangbehälter
18: Leitung
19: Mischeinrichtung
20: Vorratsbehälter
21: Leitung
22: Pumpe
23: Zweigleitung
24: Leitung
25: Füllinjektor
26: Druckbehälter
27: Pumpe
28: Koaxialleitung
29: Hochfrequenzgenerator
30: Elektrische Erde
31: Düse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2014/128214 A1 [0009]
US 3060513 [0010]
US 3242238 [0010]
GB 1403326 [0010]
US 5128073 [0010]
WO 2018/1001541 A1 [0010]
DE 102019127708 [0035, 0044]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Partikelschaumstoffteils, umfassend die Schritte - Zuführen von Schaumstoffpartikel in einen Formraum eines Formwerkzeuges, - Verschweißen der Schaumstoffpartikel im Formraum unter Anlegen eines vorbestimmten Druckes, wobei die Schaumstoffpartikel einen Anteil von zumindest 10 Gew.% an recycelten, geschredderten Schaumstoffpartikel umfassen und das Verschweißen der Schaumstoffpartikel mittels elektromagnetischer Wellen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an recycelten, geschredderten Schaumstoffpartikel zumindest 20 Gew% und insbesondere zumindest 30 Gew% bzw. zumindest 50 Gew% bzw. zumindest 70 Gew% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Druck im Formraum zumindest 2 bar, insbesondere zumindest 3 bar und vorzugsweise zumindest 5 bar beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstoffpartikel auf Basis von Polystyrol (ePS), auf Basis von Polyprpylen (ePP), auf Basis von Polyurethan (eTPU), auf Basis von Polyether-Block-Amid (ePEBA), auf Basis von Polylactat (PLA), auf Basis von Polyamid (ePA), auf Basis von Polybutylenterephthalat (ePBT), auf der Basis von Polyester-Ether-Elastomer (eTPEE) oder auf Basis von Polyethylenterephtalat (ePET) ausgebildet sind. (aus expandierbaren Thermoplasten)
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Schaumstoffpartikeln beim Verschweißen mittels elektromagnetischer Wellen ein Wärmeübertragungsmedium zugesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsmedium eine Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Schaumstoffpartikeln ohne Zugabe eines Wärmeübertragungsmediums mittels elektromagnetischer Wellen verschweißt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Mischvorrichtung recycelte, geschredderte Schaumstoffpartikel und nicht-recycelte und nicht-geschredderte Schaumstoffpartikel in einem vorbestimmten Verhältnis gemischt und dem Formwerkzeug zugeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass recyceltes Partikelschaumstoff-Material geschreddert und dann dem Formraum zugeführt wird.
Vorrichtung zum Herstellen eines Partikelschaumstoffteils, umfassend - ein Formwerkzeug, das einen Formraum begrenzt, - eine Einrichtung zum Anlegen eines vorbestimmten Druckes an im Formraum befindliche Schaumstoffpartikel, und - einen Generator zum Erzeugen von elektromagnetischen Wellen zum Verschweißen der Schaumstoffpartikel im Formraum, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischeinrichtung zum Mischen von recycelten, geschredderten Schaumstoffpartikeln und nicht-recycelten und nicht-geschredderten Schaumstoffpartikeln und/oder eine Schreddereinrichtung zum Schreddern von zu recycelndem Schaumstoffmaterial vorgesehen ist.
Vorrichtung zum Herstellen eines Partikelschaumstoffteils, insbesondere nach Anspruch 10, umfassend - ein Formwerkzeug, das einen Formraum begrenzt, - eine Einrichtung zum Anlegen eines vorbestimmten Druckes an im Formraum befindliche Schaumstoffpartikel, und - einen Generator zum Erzeugen von elektromagnetischen Wellen zum Verschweißen der Schaumstoffpartikel im Formraum, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sortiereinrichtung zum Sortieren von geschredderten Schaumstoffpartikel vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 verwendet wird.
Partikelschaumstoffteil, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder 12 hergestellt ist.