DE1504957C3 - Verfahren zum Formen und Schäumen eines aufschäumbaren Kunststoffes in einer Form - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen und Schäumen eines aufschäumbaren Kunststoffes in einer Form, bei welchem der aufschäumbare Kunststoff in den Formhohlraum der Form eingebracht und dort mittels Dampf aufgeschäumt wird.

Aufschäumbare Kunststoffe sind gewöhnlich thermoplastisch und liegen normalerweise in Form von Körnchen bzw. Kügelchen vor, in welchen sich ein wärmeaktivierbares Aufschäummittel befindet. Als Aufschäummittel können in den Kügelchen bzw. Körnchen vorgesehene Gasein.schiüsse dienen, obwohl sich auch Aufschäummittel anderer Art verwenden lassen. Wenn ein aufschäumbarer Kunststoff der beschriebenen Art in einen Formhohlraum eingeschlossen und erhitzt wird, dehnen sich die Körnchen bzw. Kügelchen unter dem Einfluß des in ihnen enthaltenen Aufschäummittels aus und verschmelzen miteinander zu einer materialeinheitlichen Masse.

Nach einem bekannten Verfahren wird der aufschäumbare Kunststoff erhitzt, indem Dampf zur Durchführung des Schäumverfahrens unmittelbar in dem Kunststoff eingeleitet wird. Bei dem in das Innere des Formhohlraumes und damit dem Kunststoff unmittelbar zugeführten Dampf handelt es sich um normalen Frischdampf, welcher an den zunächst kühlen Wänden der Form kondensiert. Damit ist der Nachteil verbunden, daß die Schäumung in bestimmten Bereichen der Form unter dem Einfluß von Kondensaten durchgeführt wird. Bei Schaumstoffen mit verhältnismä-Big cugporiger Struktur kann die Bildung glatter Außenwände durch Kondensate wesentlich beeinträchtigt werden, d. h., es bilden sich Hohlstellen in den Außenhautbereichen des Schaumstoffkörpers. Auch im Inneren des geschäumten Kunststoffes wird eine gleichmäßige Verteilung der Kügelchen bzw. Körnchen über den gesamten Formhohlraum hinweg durch den Einfluß von Kondensaten beeinträchtigt.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Formen eines aufschäumbaren Kunststoffes zu schaffen, durch welches in wirtschaftlicher Weise sowohl die Form als auch der in der Form befindliche Kunststoff so erhitzt werden können, daß die Schäumung des Kunststoffes innerhalb der Form vollständig kontinuierlich und gleichförmig verläuft.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird bei einem Verfahren zum Formen eines aufschäumbaren Kunststoffes der eingangs definierten Art dadurch gelöst, daß zunächst nur die Wandaußenseiten der Form mit Dampf beaufschlagt werden, worauf der mit den Wandaußenseiten in Berührung gewesene Dampf in das innere des Formhohlraumes zwecks Erhitzung des aufschäumbaren Kunststoffes eingeleitet wird

Um bei einem kontinuierlichen Verfahren auch ohne Verlustzeiten arbeiten zu können, wird das Verfahren zum Formen in wirtschaftlicher Weise so durchgeführt, daß das Anlegen des Dampfes an die Außenseite der Gießform gleichzeitig mit der Zufuhr von aufschäumbarem Kunststoff vergenommen wird.

Um die Temperatur der Formaußenseiten zur Erzie'ung glalier Zcllstrukiuren unier konstamer Temperatur zu halten, wird das Verfahren zum Formen und Schäumen nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung so durchgeführt, daß auch nach Einleiten des Dampfes in den Formhohlraum die Wandaußenseiten der Form weiter mit Dampf beaufschlagt werden, wobei der Kunststoff insbesondere mittels des zum Aufheizen der Wände benutzten Dampfanteils auch direkt weiter erhitzt wird.

Kunststoffe, welche gemäß dem beschriebenen Verfahren geschäumt werden, besitzen eine ausgezeichnete Zellstruktur mit guten Isoliereigenschaften, Dämpfungseigenschaften u.dgl. und müssen möglichst schnell herzustellen sein. Insbesondere erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine hohe Ausstoßleistung der Formen, weil deren Wände schon während des Einbringens der zu verformenden Stoffe gleichmäßig aufgeheizt werden können und auch ein Zeitverlust für die erste Phase der Aufheizung der Formen entfallt. Auch kann die anschließende Abkühlung der Form zeitlich unabhängig und schnei! mit Wasserkühlung erfolgen.

So lassen sich aus den aufschäuinbareri Kunststoffen der beschriebenen Art Trinkgefäße mit ausgezeichneter Wärmeisolierung herstellen. Das vorgenannte Verfahren kann praktisch auf jeden beliebigen Gegenstand, insbesondere auch für Massengüter, angewendet werden; so können aus geschäumten Kunststoffen der beschriebenen Art neben Trinkgefäßen tragbare Kiihl- bzw. Frischhaltekästen, Schwimmkörper, Polsterstoffe zur Verwendung bei Verpackungen u. dgl. geformt b/w. gegossen werden.

In den Zeichnungen wird das Verfahren nach der Erfindung an Hand einer Vorrichtung näher erläutert, die jedoch nicht Gegenstand der Erfindung ist. Es zeigt

F i g. 1 einen Teilquerschnitt durch eine Gießform.

F i g. 2 einen Teilquerschnitt durch eine andere Form, bei welcher die Hauptventileinrichtung in ihrer Schließstellung veranschaulicht ist,

Fig. 3 eine Fig. 2 ähnelnde Ansicht mit in Offenstellung befindlichem Hauptventil und .

Fig.4 und 5 Ausschnitte aus Fig. 2 bzw. 3 in vergrößertem Maßstab.

Fig. 1 veranschaulicht einen Teilquerschnitt durch einen Teil einer Gießform 10. Diese Form 10 kann je nach der gewünschten Ausbildung des aus aufschäumbarem Kunststoff zu formenden Gegenstands beliebige Konfiguration besitzen.

Die Form 10 weist als Wände 14 und 16 dargestellte Wandungen 12 auf, d,e zusammen einen Formhohlraum

festlegen, in welchen die Kügelchen bzw. Körnchen

-es aufschäumbaren Kunststoffs 20 auf beliebige

Weise eingebracht werden können. Das in F i g. 1

J gestellte Bruchstück des Formhohlraums 18 kann

- e Wand einer Tasse, eines Bechers oder Behälters , ..,Man

Im "Abstand von den den Fo-mhohlraum 18 #»stlegenden Wänden 12 ist eine aus den Wänden 24 und «6 bestehende Wandung 22 angeordnet, die zusammen

ι den erstgenannten Wänden Dampfkammer, 28 fc w 30 bildet. Diese Kammern können materialeinheit-S h untereinander verbunden sein, so daß sie tatsächlich • e einzige Kammer bilden, oder können, wie Sargestellt, getrennte Kammern sein. Der Dampf wird ■her einen Einlaß 32 in die außerdem mit einem Auslaß »4 versehene Dampfkammer 28 eingeleitet. Falls die * mmern 28 und 30 untereinander verbunden sind, iien-n der Einlaß 32 und der Auslaß 34 zur Versorgung fceider Kammern. Im anderen Fall kann die Kammer 30

•_{( e}j_nem ähnlichen Einlaß und einem Auslaß versehen

Die bisher beschriebene Formkonstruktion kann beispielsweise als ein Bruchstück einer Gießform zur Herstellung eines Teils einer Trinkgefäß-Seitenwand «ngesehen werden.

Die Gießform 10 ist mit einer Ventileinrichtung 40 turn Einleiten von Dampf aus der Dampfkammer 28 und/oder der Dampfkammer 30 in den Formhohlraum 18ausgerüstet, nachdem die Form 10 selbst sowie der im Formhohlraum 18 befindliche aufschäumbare Kuist-Itoff 20 so stark erhitzt worden sind, daß eine ins Gewicht fallende Dampfkondensation im Formhohl· raum vermieden wird. Da kein Dampf in den Hohlraum 18 eingelassen wird, bevor dieser nicht durch außenseitige Beaufschlagung mit Dampf in genügender Weise vorerhitzt worden ist, braucht das Einbringen von aufschäumbarem Kunststoff 20 nicht bis zur Beendigung der Vorerhitzung zurückgestellt zu werden. Das Einbringen des aufschäumbaren Kunststoffs 20 kann gleichzeitig mit der Vorerhitzung der Form 10 erfolgen, um die Gesamt-Gießzeit herabzusetzen, was einen bedeutsamen Faktor darstellt.

Die Ventileinrichtung 40 weist mehrere im Abstand voneinander angeordnete Ventile auf, die andererseits jedoch so eng benachbart sind, daß eine gleichmäßige Dampfverteilung und somit eine gleichmäßige Erhitzung durch die gesamte Masse des im Formhohlraum 18 befindlichen aufschäumbaren Kunststoffs 20 gewährleistet werden kann. Zum Zweck der Erläuterung sind in den Figuren allerdings nur zwei derartige, mit 42 und 44 bezeichnete Ventile dargestellt.

Die Ventile 42 und 44 weisen den Abstand zwischen den Wänden 14 und 24 überbrückende Zylinder 46 bzw. 48 auf, die mit Durchgangsbohrungen 50 bzw. 52 versehen sind. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Zylinder bzw. Büchsen 46 und 48 durch die Wand 14 hindurchgeschraubt und durchsetzen die Wand 24, wobei sie letzterer gegenüber mit Hilfe von O-förmigen Dichtringen 54 bzw. 56 abgedichtet sind.

Die Zylinder bzw. Büchsen 46 und 48 stehen an ihren Innenenden mit dem Formhohlraum 18 in Verbindung und sind mit in die Dampfkammer 28 einmündenden öffnungen 58 bzw. 60 verschen, die ihrerseits normalerweise durch Ventilschieber 62 bzw. 64 geschlossen werden. Die öffnungen 58 werden durch den Schieber <>s 62 verschlossen, wenn dieser eine Stellung einnimmt, in welcher sich die öffnungen 58 zwischen den an diesem Schieber vorgesehenen O-förmigen Dichtringen 66 befinden. Beim Ventil 44 ist das Schieberglied 64 mit fluidumdichtem Gleitsitz in die Bohrung 52 eingepaßt, so daß die Verbindung zwischen der Dampfkammer 28 und dem Formhohlraum 18 unterbrochen ist, wenn sich der Schieber 64 in einer die öffnungen 60 abdeckenden Stellung befindet Die gewünschte Verbindung wird beim Ventil 42 dadurch hergestellt, daß der VentTlschieber 62 gemäß F i g. 1 so weit nach rechts bewegt wird, daß sich beide Dichtringe 66 an der .echten Seite der Öffnungen 58 befinden. Auf ähnliche Weise wird die Verbindung zwischen der Dampfkammer 28 und dem Formhohlraum 18 beim Ventil 44 dadurch hergestellt, daß der Vemilschieber 64 gemäß Fig. 1 so weit nach rechts verlagert wird, bis die Öffnungen 60 freigegeben werden.

Wenn die Gießform 10 auf nicht dargestellte Weise geöffnet wird, können die Ventilschieber 62 und 64 gemäß Fi g. 1 nach links bewegt werden, so daß sie in den Formhohlraum 18 hineinragen und den geformten Gegenstand von der Hohiraumwand 14 abstreifen, was ein bedeutsames Merkmal darstellt.

Im folgenden sei nunmehr die Arbeitsweise der Vorrichtung näher erläutert. Während des Vorerhitzens der Form 10 kann gleichzeitig der Formhohlraum 18 auf die vorher erwähnte Weise mit einem aufschäumbaren Kunststoff 20 gefüllt und somit die gesamte Gießzeit herabgesetzt werden, da es nicht erforderlich ist, das Einbringen des zu vergießenden Materials bis zur erfolgten Vorerhitzung der Form zu verzögern.

Nachdem die Form 10 und der im Formhohlraum 18 befindliche aufschäumbare Kunststoff 20 so stark vorerhitzt worden sind, daß beim Einleiten von Dampf in den Hohlraum keine Dampfkondensation mehr stattfindet, werden die Ventilschieber 62 und 64 auf beliebige Weise geöffnet, um die Verbindung zwischen der Dampfkammer 28 und dem Fonnhohlraum herzustellen. Die Schieber 62 und 64 bleiben während der Dampfeinleitung so lange in ihren Offenstellungen, bis so viel Dampf in den Formhohlraum 18 eingeleitet worden ist, daß der aufschäumbare Kunststoff 20 in gewünschtem Maß weiter aufgeheizt worden ist. Nunmehr werden die Ventilschieber 62 und 64 geschlossen. Sobald der Verformungsvorgang stattgefunden hat, wird die Dampfzufuhr beendet. In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, das Schließen der Schieber 62 und 64 sowie das Unterbrechen der Dampfzufuhr in die Dampfkammern 28 und 30 gleichzeitig durchzuführen, während es in anderen Fällen wünschenswert sein kann, das Einleiten von Dampf nach dem Unterbrechen der Zufuhr zum Formhohlraum 18 fortzusetzen. In jedem Fall wird auf Grund der Vorerhitzung vor dem Einleiten von Dampf in den Formhohlraum 18 die in diesem Hohlraum stattfindende Kondensation auf einem unbedeutenden Mindestmaß gehalten.

Anschließend kann über den Einlaß 32 und den Auslaß 34 ein Kühlmittel, wie kaltes Wasser, durch die Dampfkamrnern 28 und/oder 30 hindurchgeleitet werden. Nachdem sich die Form 10 und der im Hohlraum i8 befindliche, geformte Gegenstand so stark abgekühlt haben, daß sich der Gegenstand bis zur Aufrechterhaltung seiner Eigenform erhärtet hat, kann die Form geöffnet und der geformte bzw. gegossene Gegenstand entfernt werden. Falls erforderlich, können die Schieber 62 und 64 zum Abstreifen des Gegenstands von der Hohlraumwand 14 verwendet werden. Ersichtlicherwcisc kann der geformte Gegenstand gewünschtenfalls auf gleiche Weise von der Hohlraumwand

abgestreift werden, indem an der anderen Seite des Formhohlraumes ähnliche Schieber vorgesehen werden. In diesem Fall kann der Dampf während des Schäumvorgangs von beiden Seiten in den Formhohlraum eingeführt werden.

Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß, da sich die Schieber 62 und 64 während des Abkühlabschnitts des Gießvorgangs in ihren Schüeßstellungen befinden, kein Kühlmittel mit dem geformten Gegenstand in Berührung gelangt. Hierdurch werden Fehler im Gegenstand vermieden, die sich durch die unmittelbare Berührung des Kühlmittels mit dem Formteil ergeben könnten.

In den F i g. 2 bis 4, in denen jeweils gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind, ist eine bevorzugte Ausführungsform der Ventileinrichtung 40 genauer dargestellt. Das Ventil 40 weist in diesem Fall einen napfförmigen Einsatz 142 auf, der durch Verschraubung oder anderweitig in einer in der Wand 14 des Formhohlraums 18 vorgesehenen öffnung 144 befestigt ist. Der Mantel des napfförmigen Einsatzes 142 ragt in die Dampfkammer 28 hinein und ist in dieser mit im Abstand von den Wänden 14 und 24 angeordneten Dampf-Einlaßöffnungen 146 versehen, um das Eintreten von an diesen Wänden anhaftendem Wasser in den Einsatz zu verhindern. Die Basis des napfförmigen Einsatzes 142 ist mit einer Einlaßöffnung 150 versehen, durch welche Dampf von der Dampfkammer 28 in den Formhohlraum 18 einzutreten vermag. Um die Einlaßöffnung 150 herum sind ein äußerer Haupt-Ventilsitz 152 und ein innerer Drosselventilsitz 154 angeordnet. Der Haupt-Ventilsitz 152 besitzt die Form einer erhabenen, ringförmigen Rippe, während der Drosseiventilsitz 54 als kegelstumpiförmige Fläche ausgebildet ist.

Die Ventileinrichtung 40 weist ein geradlinig hin- und herbewegbares Hauptventil bzw. Schieberglied 160 auf, das sich durch die Wand 24 der Dampfkammer 28 hindurch in den napfförmigen Einsatz 142 hineinerstreckt und an seinem Innenende gemäß Fig. 2 und 4 mit einem mit dem Haupt-Ventilsitz 152 in Berührung gelangenden ringförmigen Einsatz 162 versehen ist. Der ringförmige Einsatz 162 besteht vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen oder einem ähnlichen nichtmetallischen Material.

Das Schieberglied 160 ist an seinem Außenende außerhalb der Dampfkammer 28 mit einem Kolben 164 verschen, der in einem an der Außenwand 24 der Dampfkammer befestigten Zylinder 166 geradlinig hin- und herbewegbar gelagert ist. Der Zylinder 166 weist Öffnungen 168 zum Einlassen von Fluidum an jeweils einer Seite des Kolbens 164 in den Zylinder 166 auf, um eine Bewegung des Schieberglieds 160 in und außer Berührung mit seinem Sitz 152 hervorzubringen. Ersichtlicherweise wird der Ventilschieber 160 in seine Offenstellung bewegt, wenn aus den vorher erwähnten Gründen Dampf in den Formhohlraum 18 eingeleitet werden soll. Die Steueröffnungen 168 können an ein nicht dargestelltes Wahl- bzw. Umschaltventil angeschlossen sein.

Es ist häufig erwünscht, die Menge des von der Dampfkammer 28 in den Formhohlraum 18 eingelassenen Dampfes bei jedem öffnen des Ventilschiebers zu ändern. Zu diesem Zweck ist ein einstellbares Steuerbzw. Drosselventil 170 zur Veränderung der Größe der Einlaßöffnung 150 vorgesehen, das ein zwecks Veränderung der Größe der effektiven Fläche der Einlaßöffnung 150 in Richtung auf den Drosselventilsitz 154 und von diesem fön bewegbares Nadelventil 172 aufweist. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Nadelventil 172 den Kolben 174 und das Hauptventil bzw. Schieberglied 160 axial durchsetzt und gegen diese Bauteile mit Hilfe des ringförmigen Einsatzes 162 abgedichtet ist. Hierdurch wird eine sehr einfache und gedrängt gebaute Konstruktion für das Drosselventil 170 gewährleistet.

Um das Nadelventil 172 einstellbar zu machen, ist es an seinem Außenende mit einem in die äußere Stirnwand 176 des Zylinders 166 eingeschraubten und mit Hilfe einer Gegenmutter 178 in seiner Einstellung arretierten Kopf 174 versehen. Infolge dieser Ausbildung kann die effektive Fläche der Einlaßöffnung 150 auf sehr einfache Weise eingestellt und auf dem Einstellwert festgehalten werden.

Außerdem ist es ersichtlich, daß der Kopf 174 des Nadelventils 172 als Anschlag dient, der die Auswärtsbewegung des das Hauptventil bzw. Schieberglied 160 betätigenden Kolbens 164 begrenzt.

Hierzu ι blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Formen und Schäumen eines aufsrhäumbareri Kunststoffes in einer Form, bei -welchem der aufschäumbare Kunststoff in den Formhohlraum der Form eingebracht und mittels Dampf aufgeschäumt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst nur die Wandaußenseiten der Form mit Dampf beaufschlagt werden, worauf der mit den Wandaußenseiten in Berührung gewesene Dampf in das Innere des Formhohlraumes eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlegen des Dampfes an die '5 Außenseite der Gießform gleichzeitig mit der Zufuhr von aufschäumbarem Kunststoff vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch nach Einleiten des Dampfes in den Formhohlraum die Wandaußenseiten der Form weiter mit Dampf beaufschlagt werden.