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Verfahren und Vorrichtung zum trockenen Aufschließen und Verformen
für Holzfaserstoffe od. dgl. Die Erfindung betrifft ein Verfahren der trockenen
Aufschließung und Verformung von Späneschnitzeln od. dgl. durch Schießen
des aufgeschlossenen Fasers off ,
t es in eine direkte fertige auswechselbare
Form und die zur Ausführung des Verfahrens dienende Vorrichtung.
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Von dem bekannten Mason-Faseraufschluß mit dem Expandieren nach dem
Dampfexplosionsverfahren unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft
dadurch, daß es ein direktes Schießen in die Form ermöglicht, die aus Matrize und
Patrize besteht. Bei dem bekannten Verfahren wird der hochgespannte Dampf kurzzeitig
in einem Behälter, der die Hackschnitzel enthält, gestaut. \ achdem die Hackschnitzel
völlig vom Dampf durchdrungen sind, wird durch ein schlitzartiges Bodenventil expandiert.
Dampf und dampfgeladene Späne verlassen bei diesem Verfahren gleichzeitig den Behälter.
Da der in den Hackschnitzeln aufgespeicherte Dampf sich nicht in gleicher Zeit entspannen
kann, werden die aufgeweichten Hackschnitzel durch den entstehenden Cberdruck zerrissen.
Die Fasern fallen in offene Behälter, wo sie mit Wasser vermengt und der üblichen
Nachinahlung und Sortierung unterzogen werden.
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Gemäß der Erfindung wird jeweils eine dosierte Menge Späneschnitzel
takt-,veise in den Schußraum der Kanone eingebracht, in diesem wird durch tangentionale
Dampfzuführung bei etwa 25 atü ein rotierender Späneschleier erzeugt und durch den
gebildeten Hohlring oder ruhenden Spänering ein Dampfstoß von 70 bis 100 atü geschossen.
Letzterer erzeugt im Schußraum spontan injektorartig ein Vakuum und reißt die bereits
durch Vakuum aufgeschlossenen Späne durch eine Aufschlußdüse, wobei der Dampf sich
von den nachgerissenen aufgeschlossenen Fasern trennt und unter Drallbewegüng in
die Fertigform @elarigt.
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Zur Ausführung dieses Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen,
deren langgestreckter, in Richtung des Werkstoffflusses sich konisch verjüngender
Schußraum einen trichterförmigen, axial angeordneten Einsatz zur Trennung der Fasern
vom Dampf und Zuführung des Schußstoßes eine tangentional einmündende Düse für Sattdampf
von 10 bis 25 atü aufweist. An einem Ende des Schußraumes liegt die Zuführungsöffnung
für die Spänebeschickung und am anderen, verjüngten Ende die mit Dampfauslässen
in Verbindung stehende und in die aus Patrize und Matrize bestehende Fertigform
mündende Aufschlußdüse. Sämtliche Organe werden in Abhängigiceit voneinander im
Maschinentakt gesteuert.
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Die Fertigform des Formlings enthält innerhalb der Ummantelung eine
unter dem Einfluß von Federn stehende 1-latrize, in deren konischem Innenraum ein
den Hohlraum der Form bestimmender Stempel hin-und herbeweglich ist, der an seinem
unteren Ende einen in die Ausmündung der Aufschlußdüse hineinragenden tropfenförmigen
Ansatz zur gleichmäßigen Verteilung des Faserstoffes trägt.
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Die Erfindung ist insbesondere zum Aufschließen und Verformen von
Späneschnitzeln bestimmt und geeignet, sie ist aber auch für andere Stoffe zur Formbildung
vorteilhaft anwendbar. Zum Aufschließen der Faser und zum Beschießen der Form ist
außer Dampf auch die Anwendung von Luft, Gasen, Explosionen von Gas-Luft-Gemischen
möglich.
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Es bleibt vorbehalten, den Schußraum und das Werkzeug um 90 bzw. 180°
zu drehen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer zur Ausführung
der Erfindung dienenden Vorrichtung dargestellt, an Hand der das Verfahren beschrieben
werden soll.
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Abb. 1 ist eine Ansicht der Gesamtanlage; Abb. 2 ist ein Schnitt auf
der Linie A-B der Abb. 1; Abb. 3 bis 9 veranschaulichen verschiedene Stadien des
Aufschließungsverfahrens.
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Die Anlage besteht aus der Kanone 1, die den Schußraum 2 enthält.
Letzterer besitzt eine langgestreckte, in der Richtung des Werkstoffflusses sich
konisch verjüngende Gestalt. Am unteren Ende des Schußraumes 2 ist eine Öffnung
3 vorgesehen, durch die die jeweilige Spänebes,chickung von der Seite her durch
einen im Maschinentakt gesteuerten Kolben eingeschoben wird. Im Schußraum 2 ist
in Achsenrichtung ein trichterförmiger Einsatz 4 angeordnet, in den die Dampfleitung
5 mündet. In den Schußraum 2 ist ferner in tangentionaler Richtung eine Düse 6 eingeführt,
die -an die Dampfleitung 7 angeschlossen
ist. Die beiden Leitungen
5 und 7 vereinigen sich zu einer gemeinsamen Dampfzuleitung 8, die zu einem Hochdruckkessel
führt. In die Leitung 7 ist ein Druckminderventil9 eingebaut.
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Das verjüngte Ende des Schußraumes 2 mündet in eine Aufschlußdüse
10, die aus verschleißfesten Siliziumkarbid besteht und auswechselbar eingebaut
ist. Sie ist im Inneren mit Drall versehen.
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An die Aufschlußdüse 10 schließt sich das formgebende Werkzeug (Fertigform)
an. Es enthält in einer Ummantelung 11 eine bewegliche Matrize 12, die von Federn
13 getragen wird. Die Matrize 12 besitzt einen konischen Innenraum, in dem ein Patrizenstempel
14 hin- und herbeweglich ist. Der Zwischenraum zwischen Matrize 12 und Stempel 14
bestimmt die Formgebung des Werkstoffes. Der Mantel 28 ist wassergekühlt, oder ein
elektrisches Kühlgerät sorgt für eine gleichmäßige Arbeitstemperatur der Preßwerkzeuge.
Zwischen der Aufschlußdüse 10 und der Matrize 12 sind Dampf auslaßkanäle 15 vorgesehen,
die ins Freie führen. Der Stempel 14 (Patrize) besteht zweckmäßig aus Siliziumkarbid.
Er gleitet mit der Kolbenstange 16 in einer Führung 17 und wird von einem Pumpenaggregat
18 über die Leitungen 19, 20 von 21 aus hydraulisch gesteuert. Am oberen Ende des
Stempels 14 sitzt ein Hülsenauswerfer 22. Er trägt am unteren Ende einen tropfenförmigen
Ansatz 27, der der Mündung der Aufschlußdüse 10 angepaßt ist. Ein elektrischer Hebelmagnet
23, der von Kontakten 24 aus geschaltet wird, dient zur Steuerung einer den Ausgang
des Schußraumes 2 abschließenden oder freigebenden Sperre 25.
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Das Arbeitsverfahren gestaltet sich wie folgt: Die Aufschlußdüse
10 wird abgeschlossen, indem die Sperre 25 den Ausgang des Schußraumes 2
verschließt (Abb. 3).
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Unmittelbar darauf erfolgt die Beschickung des Schußraumes 2 durch
die Öffnung 3 hindurch mit der zur Fertigung des Formstückes 26 benötigten Spänemenge
(Abb.4). Letztere legt sich am Boden des Schu ßraumes 2 um den Trichtereinsatz 4
herum, derart, daß die Spänebeschickung unterhalb der Trichtermündung liegt, also
getrennt von der Schußbasis verbleibt.
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Anschließend öffnet sich die tangentionale Düse 6 (Abb.5), die innerhalb
des nun als Wirbelkammer wirkenden Schußraumes 2 einen wirbelnden Späneschleier
erzeugt, so daß jeder Span allseitig vom Dampf intensiv durchdrungen wird. Zum Aufschluß
der Faser wird ausschließlich Sattdampf von 25 atü benötigt (aufweichen). Bei fertig
aufgeschlossenen lfYerkstoffen kann die Wirbelwirkung auch mit Luft erzeugt werden.
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Die Arbeitsweise kann mit oder ohne Wirbelbildung durchgeführt werden,
um durch den so gebildeten Hohlring nun mit 70 bis 100 atü zu schießen (Abb.6 und
7). Der Schußstoß erfolgt nach Öffnung der Sperre 25 aus der Mündung des Trichtereinsatzes
4 heraus, nachdem die Wirbeldüse 6 geschlossen wurde. Nach Impulsgebung wird auch
die Schußdüse 4 sofort wieder geschlossen.
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Das Schußmedi.um reißt unter Ausnutzung eines sich im Schußraum 2
um den Trichtereinsatz 4 spontan bildenden Vakuums die Späne mit durch die Aufschlußdüse
10. Durch das plötzlich entstandene Vakuum erfolgt im Schußraum der Aufschluß der
Späne, der sich dann in der Aufschlußdüse 10 vervollkommnet. Durch die Formgebung
des trichterförmigen Einsatzes 4 in Verbindung mit der injektorartigen Gestalt des
Schußraumes 2 und der Aufschlußdüse 10 wird Druck in Geschwindigkeit umgewandelt.
Falls erforderlich, können die Späne im oberen Teil des Schußraumes, zweckmäßig
auf einem Siebrost, gelagert werden.
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Da der Dampf des Schußstoßes bereits mit hoher Geschwindigkeit in
den Schußraum 2 eintritt, die im wesentlichen senkrecht zur Schußrichtung wirbelnde
Spänebeschickung aber erst in die Schußrichtung beschleunigt werden muß, werden
die Späne dem Schußstoß nachgerissen. Es erfolgt also bereits im Schußraum die Trennung
der Späne vom Dampf. Der vorauseilende Schußstoß strömt, durch die Dampfauslaßkanäle
15 abgeleitet (Abb. 6) aus, so daß es gelingt, die Späne vom Hochdruck zu trennen
(Abb. 7) und die aufgeschlossene Faser direkt in die Form zu zwingen.
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In der Aufschlußdiise 10 wird durch deren Drall die radiale Verteilung
des Stoffes begünstigt und eine bessere Verfilzung der Fasern gewährleistet. Durch
die Wandungsreibung ist eine noch weiter gehende Aufschließung der Fasern möglich.
Infolge der Drallbewegung schiebt sich der Werkstoff auch leichter in den Hohlraum
zwischen Matrize 12 und Stempel 14 ein. Die Einstellung des Hohlraumes zwischen
Matrize 12 und Stempel 14 wird durch die hydraulische Steuerung bestimmt.
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Der Werkstoff wird nun zwischen Matrize 12 und Stempel 14 zum Formling
fertiggepreßt (Abb. 8), Luft und das verbliebene Sc'hußpolster werden durch die
Auslaßkanäle 15 abgeleitet. Der in die Preßform eingeströmte Dampf überwindet infolge
seiner Ausdehnung den Druck der Federn 13, wodurch eine Abzugsöffnung 15a für das
Luftpolster und den Dampf gegeben ist. Der nachströmende Faserwerkstoff schiebt
die Matrize 12 bis zu einem Anschlag, so daß die geschlossene Form gebildet wird.
Die Federn 13 wirken mit als Bruchsicherung. Die Kolbenstange 16 ist zur Entgasung
des Formlings beim Pressen durchbohrt.
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Nach dem Pressen geht der Stempel 14 hoch (Abb. 9). Er nimmt den fertigen
Formling 26 mittels des Patrizenringes 22 mit, von dem er dann abgestreift und ausgeworfen
wird.
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Im vorstehenden Ausführungsbeispiel ist die Verformung von hülsenförmigen
Werkstücken beschrieben. Die Erfindung eignet sich aber auch zur Fertigung anderer
Formstücke. Es ist auch möglich, von der Dampfzuführung mehrere Schußräume zu beschicken,
deren Schußfolgen gegeneinander versetzt sind und aufeinander abgestimmt werden.