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Verfahren zur Bildung eines geformten Schaumartikels Hauptgegenstand
dieser Erfindung ist es, ein Formverfahren zur Herstellung eines gestalthaften,
geformten Schaumkårpers zu schaffen, das aus folgenden Schritten besteht: 1. Einfüllung
eines befeuchteten, dehnbaren, körnigen, thermoplastischen Harzmaterials in die
Ausnehmung einer Form mit einer einheitlichen, porösen, @asserabsorbierenden Oberfläche
und mit solcher Geetalt,
daß die erwünschte Form des geschäumten
Gegenstands in einer Menge entsteht, welche der bei Körnchenausdenhnung entstehenden
vollkommenden Ausfüllung der Hohlform entspricht, 2. Beh-andlung der Form und ihres
Inhalts mit Hochfrequenzwärme zur Erzeugung von Dampf aus der Feuchtigkeit des körnigen
Materials und zur Erzielung einer Erweichung, Ausdehnung und VerschmeLzung des körnigen
Materials zu einer der Formausnehmung entsprechenden Gestalt, 3. Zuführung des erzeugten
Dampf unter Druck an die Wandung der Ausnehmung zwecks Kondensation bei Berührung
damit und Absorption durch dieselbe zur Uerhinderung des vorzeitigen Entweichens
des Dampfes in die Atmosphäre, 4. Regeneration des Kondensats zu Dampf unter Einfluss
der Hochfrequenzwärme zur zusätzlichen Erwärmung der Formwandung sowie zur verstärkten
Uerschmelzung d85 benachbarten körnigen Materials und 5. Entfernung eines der Hohlform
entsprechend geformten Artikels aus der Gussform, der einen Kern aus gleichmäßig
geschäumtem, ausgedehntem Harzmaterial besitzt, welcher von einer äußeren Haut gleichmäßiger
Struktur umgeben ist.
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Eine e vielzahl polymerer und harziger tharmoplas-tischer Materialien
wie z. 8. Polystyrol können on einer körneligen oder Perlen- oder Kugelform ausgedehnt
oder geb schäumt werden, um eine poröse, zellenartige, erstarrte
schaumartige
Struktur anzunehmen, und zwar durch Einwirkung eines darin -enthaltenen Treib- oder
Aufblasmittels (einer gaserzeugenden Substanz oder einer verflüchtigenden Flüssigkeit),
um die Körnchen unter Wärmeanwendung auszudehnen, indem das Treibmitt-el freigesetzt
oder thermisch ausgedehnt wird (oder beides), während das thermoplastische Material
bei Erreichen der Schäumtemperatur erweicht, wobei der Druck des sich thermisch
ausdehnenden Blasmittels e zu dem gewünschten Schaumgebilde ausdehnt und die-für
die Erweichung des Harzmaterials und für die Freisetzung des Blasmittels zur Schaumbildung
benötigte Wärmeenergie in üblicher Weise von einer außerhalh erzeugten Wärmequelle
abgleitet wird.
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Diese Erfindung umfang ein Verfahren zum Ausdehnen und Einschäumen
derartiger Materialien in Formen und die dadurch erhaltenen, geformten Artikel,
wobei diese nicht nur einen gleichmäßigen Kern aus zellenartigem, polymerem Material,
sondern auch eine durchweg gleichmä#ige äußere Haut bzw. Oberfläche besitzen.
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Bis jetzt war es unmöglich an den äußeren Oberflächen bzw.
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Kanten und an den Ecken der geformten Artikel eine gute Verschmelzung
zu erzielen, und zwar aufgrund des Krümelns der Körner an den äußeren Dberflächun.
Es wurden Versuche
mit Glas-, Propylen.-und EpoxydSormen durchgeführt,
aber es war schwierig, wenn nicht unmäglich, eine gute äußere Hautbildung zu erzielen,
und zwar aufgrund der Tatsache; daß es nicht möglich war, bei Kunststoffen oder
anderen nichtleitenden Materialien die richtige Dberflächentemperatur zu er-reichen,
so daß wiederum die Temperatur d-er Form nicht auf die richtige Höhe gebracht werden
konnte.
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Diese Erfindung lehrt eine GuBtech-nik, mittels der Artikel aus geschäumtem,
zellenartigem Material hergestellt werden können, die sowohl einen Kern von zellenartigem,
polymerem Aufbau als auch eine äuße-re Oberfläche von gleichmäßiger, dichter und
nicht krümelnder Be. schaffenheit aufweisen.
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Bis jetzt war es gang und gäbe, die tabletten- oder tröpfchenförmige
Reagenzmischung auf eine bestimmte, erwünschte Dichte vorzudehnen und dann die vorgedehnten
Körner bzw.
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Tröpfchen über- einen Zeitraum von mehreren Stunden zwecks Druckausgleichs
innerhalb der Masse ansaugen zu lassen.
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Daran anschließend wird eine Menge der vorgedehnten und angesaugten
Körner in e-ine Ausnehmung einer Form aus Aluminium oder dergleichen, die in eine
Presse paßt, eingeführt und dann Dampf in die Ausnehmung eingeblasen, um einen erhöhten
Temperaturzustand innerhalb dieses begrenzten Raums zu erzeugen, so daß die Körnerausde.hnung
zu
einer verschmolzenen Körpermasse zuwege gebracht wird, die der Form der Ausnehmung
entspricht. Das gu#geformte Teil wird dann abgekühlt und aus der Ausnehmung ausgestoßen;
Diese Erfindung umfaßt die- Uerschmelzung des Alaterials durch Anwendung eines Hochfrequenzfeldes.
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Ein Haupt erfordernis zur Erzielung gleichmäß-igen Schäumens im Inneren
und an den AuBenflächen des geschäumten Artikels besteht darin, daß vor der Einführung
in das Hochfreq-uenzfeld jedes Kügelchen in Feuchtigkeit eingebettet ist, so daß
die gleichmäßige Dampferzeugung zustande kommt.
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Zu diesem Zweck sind Benetzungsmittel verwendet worden, die zur Herabsetzung
der Wasserspannung dienen, wod-urch das Wasser gleichmäßiger fließen und sich ausbreiten
kann.
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Zur Erzielung dieses Feuchtigkeits-Verteilungszustandes hat man @uch
versucht, Benetzungsmittel zuzusetzen. Es wurden auch bestimmts Salze verwendet,
aber diese haben sich aus dem Grund- als nacht-eilig erwiesen, weil sie die zulässige
elektrische Spannung begrenzen und au#erdem den Uerlustfaktur auhöhen.
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Zur Umgehung der hauptsächlichen Schwierigkeiten, mit denen sich diese
Erfindung befaßt, ist die Verwendung von Wasser allein nicht ausreichend. Die Menge
des zur wirksamen Bedeckung der Gesamtoberfläche aller Tröpfchen benötigtenWassers
liegt weit über dem Wärmebedarf für die Uerschmelzung, wodurch de dielektrischen
Lösungen dem Material sogar eine Kühlbelastung auferlegen. Je gröBer das Tröpfchen,
desto mehr Wasser wird außerdem umgekehrt proportional zur Dichte benötigt. Zur
Umgehung des Stromverlustes in der Formwandung braucht man noch mehr Wasser, so
daß der Kühlzyklus noch länger wird.
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Bei den bekannten Ausführungen trat mangelnde Oberflächenverschmelzung
auf, was direkt auf die Tatsac-he zurückzuführen ist, daß die inneren bzw. die Ausnehmung
definierenden Wandungen der Formen unglaublich kalt waren, weshalb Dampf elektronisch
unter Abschlu# erzeugt wurde, anstatt durch Induktion von einer äußeren Quelle,'
wodurch insbesondere an den äußeren Oberflächen eine perfekte Verschmeizung verhindert
wurde.
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Die verwendeten Benetzungsmittel müssen mit Polystyrol und Wasser-uolikommen
verträglich sein, einen ungewöhnlich hohen Verlustfaktor besitzen, nur in sehr kleinen
Mengen erforderlich und ohne weiterss sowie wirtschaftlich
erhältlich
sein; sie -müssen ferner zu den Tröpfchen Leicht zusetzbar, billig, bei ni-edrigen
Frequenzen erwärmbar und fähig~s-ein, die Tröpfchen zu imprägnieren, und sie müssen.
schlie#lich licht-bogenfest sein,' wobei dies alles Faktor-en sind, bei denen man
gegebenenfalls Kompromisse schließen muss, da nur wenige Chemikalien. und chemische
Uerbindungen diesen Forderungen genügen.
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Im Hinblick auf die Zufuhr von Wärmeenergie zur Ausdehnung der Tröpfchen
wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen.
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Es wurden Heißluft und Heißwasser verwendet; derartige Behandlungen
sind jedoch in ihrer kommerzielle-n Anwendung beschränkt, besonders in zeitlicher
Hinsicht, da die Erzeugung des geschäumten polymeren Materials manchmal Stunden
in Anspruch nimmt. Es wurden auch Infrarotstrahlen verwendet; diese neigen jedoch
dazu, eine Seite des Tröpfchens zu überhitzen, was den Zusammenfall der geschäumten
Struktur und eine ungleichmäßig erhöhte Dichte zur Folge hat, wobei die erwärmte
Seite eine hohe Dichte und die nicht erwärmte Seite eine niedrige Dichte besitzen.
Dampf ist wahrscheinlich das gängigste Mittel, aber er bedingt Grenzen, die noch
überwunden werden müssen. Wenn die Schaumstruktur in situ mit Formmaterialien gebildet
wird, ist es schwierig, eine gleichmäßige Erwärmung der ausdehnbaren
Teilchen
zu bewirken, was zu ungenügender und/o-der ungleichmäßiger Ausdehnung sowie schlechter
Verschmelzung führt. Der daraus resultierende Schaumaufbau kann mit weiteren unerwünschten
Merkmalen und Kennzeichen schiechter Qualität versehen sein, was häufig der Fall
ist, wenn die Wrmezufuhr-Vorrichtungen wie z. 8. in Form von Dampf sonden in das
zu schäumende Material eingeführt werden.
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Überdies ist die benötigte sch-aumerzeugende und Schaumform-Maschine
verhältnism-äßig kompliziert, schwer zu handhahen sowie teuer in der Konstruktion
und in der Bedienung.
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Fernerhin erfordert das Dampfformen die Anwendung einer Presse mit
gro#er Klemmkraft, was große Aufwendungen je nach den Abmessùngen der Formfläche
nach sich zieht. Eine weitere Bestätigung der Schwierigkeit des Formproblems liegt
in der Tatsache, daß die allgemein verwendeten großen Aluminiumformen während eines
jeden Betriebszyklus auf Temperaturen von ungefähr 109 n erhitzt und abwec-hselnd
auf Temperaturen von ungefähr 32 ü abgekühlt werden müssen, wobei die Abkühlung
den größten Teil des Formzyklus darstellt.
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Die fühlbaren wirtschaftlic-hen Mängel auf dem Gebiet der Dampfformung
insbesondere im Falle begrenzter Produktionsserien zeigen sich in begrenzter Produktion,
langen Produktionszyklen, hohen Formkosten, langen Formlieferzeiten,
großen
Pressen, großen Boilern und den hohen D-ampfkosten pro erzeugter Einheit, was den
Vorteil eines billigen Rohmaterials zunichtemacht.
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Aus diesen Gründen übte das Hochfrequenzformen große Anziehungskraft
aus. Unglücklicherweise nähern sich d-ehnbare, polymere Materialien in verschiedenem
Maße demidealen Dielektrikum. Da sie praktisch der durch Hochfrequenzwellen auf
sie einwirkenden Leistung gegenüber durchlässig sind, können sie in einem Hochfrequenzfeld
nicht immer auf ihren Schmelzpunkt erhitzt werden. Nichtsdestoweniger können Hochfrequenzwellen
verwendet werden, so daß die elektrische Energie sofort in thermische Energie umgewandelt
werden kann. Die erzeugte Wärme resultiert in einer fast@augenblicklichen Ausdehnung
des polymeren Materials, so-darS die erwünschte integrale, zellenförmige Struktur
mit geringer -Dich-te erzeugt wird, die kleine und gleichmäßige Leerräume aufweist.
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Bekanntgewordene bisherige Versuche der Verwendung von Hochfrequenzwellen
sind fehlgeschlagen, da polymere Materialien -nicht ohne weiteres Hochfrequenzenergie
aufnehmen, aber aufgrund der Erfindung können sie für die dielektrische Erwärmung
geeignet gemacht werden, indem in Verbindung damit ein Formmaterial verwendet wird,
das
einen wenigstens so hohen Verlustfaktor wie Wasser besitzt,
so daß, wenn die behandelten Platerialien in ein Feld von Hochfrequenzwellen eingeführt
werden, das Eaterial mit dem hohen Uerlustfaktor genügend Energie absorbiert, um
sich durch molekulare Reibung zu erwärmen.
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Die erzeugte thermische Energie wird zur Bewerkstelligung einer wirksamen
Schäumung auf das polymere Material übertragen.
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Gemäß der Erfindung kann daher durch Uerschmeizung der Körner bzw.
,Kügelchen mittels Verwendung von Ho-chfrequenz innerhalb einer Formauenehmung geschäumt
werden, und zwar unter völliger Vermeidung von Dampf (sofern er nicht im Uorausdehnungsschritt
verwendet wird), wodurch die Notwendigkeit großräumiger Boiler zur Dampferzeugung
für die vollständige Ausdehnung der Kügelchen während der Bildung des Endprodukts
zusammen mit den dafür notwendigen Leitungen und-Ventilen beseitigt wird.
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Der normale erste Schritt beim Verarbeiten von Harzmaterial ist die
Vorausdehnung der Tröpfchen in einem Dampf tank. Die unmittelbare Einführung von
Dampf bewerkstelligt ein Kondensat, und Feuchtigkeit bedeutet Gift für ein erfolgreiches
Formen. Bislang war es erforderlich, die niedergeschlagene Feuchtigkeit während
der Ruheperiode nach
der Vorausdehnun-g zu entfernen, wobei diese
Ruheperiode für den Ausgleich der inneren Gasdrücke, welche vom Verlust des Triebmittele
während der Vorausdehnung herrühren, notwendig ist. Derartige Lager-zeiten können
je nach der Dichte und dem Triebmittelgehalt von 6 Stunden bis zu 6 Tage schwanken.
Dieser notwendige Schr-itt der Aspiration~ der Tröpfchen ist gemäß dieser Erfindung
nicht länger notwendig, un-d die Tröp-fchen können nun unmittelbar anschließend
an ihre Benützungsvorbereitung verwendet werden.
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Elektronische Erwärmung mit ihrem raschen Zyklus eignet sich besonders
gut für Polystyrol, dessen Wärmeleitfähigkeit äußerst niedrig ist. Auch hat die
Dicke des durchschnittlichen Scha'umgebildes eine derartige Grässe, daß es ohne
weiteres von Hochfrequenzwellen durchdrun.g-en werden kann. Eine gleichmäßige Erwärmung
der-Masse ist gegeben und die Herstellung billiger Kunststofformen wird möglich.
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TrotZ dieser Vielzahl günstiger Faktoren einschließlich den hervorstechenden
Merkmalen, dass elektronis-che Erwärmung offensichtlich sauberer, trockener und
billiger ist, barg- das praktis-che verfahren des elektronischen Polystyrol-Schaumformens
sehr viele Schwierigkeiten, die
bislang in Jahren der Entwicklung
noch nicht gelöst worden sind.
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So entstanden bei der Verwendung von Hochfrequenzwärme Schwierigkeiten.
Erstens konnte keine Form aus nichtleitendem Material gefunden werden, das trotzdem
genügend Festigkeit hesaß, s-o daß seine Teile zusammengeklemmt werden konnten,
um den'erzeugten Drücken standzuhalten. Bisher bestanden die meisten Formen aus
Aluminium. Zweitens ist die Abkühlung einer nichtleitenden Form ein bes-onders langwieriger
Prozeß. Drittens war das Problem des Krümelns s-ehr hartnäckig, da es schwie-sig,
wenn nicht unmöglich war, an den äußeren Kanten eine Verschmelzung zuwege zu bringen,
und zwar aufgrund der Schwierigkeit des Aufheizens einer nichtleitenden Form auf
die erwünschte Wärmestufe.
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Zur Anwendung in einem Hochfrequenzsystem sollte die Form: dünn genug
sein, um eine rasche Wärmeübertragung zu gestatten und doch dick genug sein, um
zur Zurückhaltu-ng des Gasdrucks ; der Tröpfchen mechanische Festigkeit zu besitzen;
einen niedrigen dielektrischen Verlus-t an allen senkrechten Flächen mit einer niedrigen
dielektrisc-hen Konstante aufweisen; an allen waagerechten Oberflächen einen hohen
dielektrischen Verlust mit einer hohen dielektrischen
Konstante.
aufweisen (eine offensichtliche Anomalie für das gleiche Formmaterial); leicht hergestellt
oder gegossen werden können; eine Warmverform-Temperatur von über 93 sC besitzen;
einen niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen; mit Maschinen und anderweitig
leicht bearbeitbar sein; lich tbogenbeständig sein; für tausende von Zyklen verwendbar
sein; den für die Tröpfchen verwendeten chemischen Zusätzen gegenüber unempfindlich,
dem Polystyren gegenüber nicht haftend und geeigneten Verstärkermaterialien gegenüber
haftend sein. Am wichtigsten ist j'edoch, daß die innersten bzw. die Ausnehmung
definierenden Oberflächen der Form, welche in innige -direkte Berührung mit den
Tröpfchen kommen, die Fähigkeit besitzen müssen, mit einem Minimum an Zeit und Aufwand
auf Gu#temperaturen zu kommen.
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Man war anfänglich der Me, inung, daß es unmöglich wäre, auch nur
einen annähernden Kompromiß bei derartig strengen Forderungen zu erzielen. Gemäß
dieser Erfindung wird jedoch eine neuartige Formkonstruktion vorgeschlagen, die
aus einem nichtleitenden Material besteht, das so fest ist, um selbsttragend zu
sein und den bei der Ausdehnung entstehenden Drücken widerstehen zu können, und
die so konstruiert und ausgebildet ist, daß. sie an wsiteren Konstruktionen festgeklemmt
und automatisch be- bzw. entladen werden kann.
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Da Polystyrol gegenüber Hochfrequenzwärme durchlässig ist, muß man
den Körnchen des-harihaltigen Materials Feuchtigkeit zusetzen, damit sie Wärme aufnehmen
können. Diese Feuchtigkeit nimmt erfindungsgemäß Hochfrequenzwärme auf und verwandelt
sich ihrerseits in Dampf zur Erzeugung des Schäumens.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der
Z-eichnung beschrieben. Dabei gehen aus der Zeichnung und ihrer Erläuterung weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Fig. 1 zeigt die Darstellung eines Fließdiagramms des Verfahrens n-ach
der Erfindung zum Füllen einer Form zwecks Erzeug-ung des geschäumten- Polystyrolartikels;
Fig. 2 ist die perspektivisch-e Ansicht einer erfindungsgemäßen Einsatzform mit
einer Stein-Auskleidung ; Fig. 3 ist die perspektivische Ansicht einer Art eines
geschäumten Polystyrolartikels, der ohne weiteres mit den Formen aus Fig. 2 und
4 erh. ältlich ist, Figv 4 ist die perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Aufnahmeform
mit einer Stein-Auskleidung; Fig. 5 ist ein Querschnitt länge der Linie 5 - 5 aus
Fig. 4 in stark vergrößertem Maßstab ; Fig. 6 stellt einen Längsquerschnitt durch
eine Form und den darin enthaltenen geschäumten Artikel dar, wobei die Form in geschlossener
Position ge-zeichnet ist.
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Die Uorbereitung des geformten Artikels geschieht durch Verwendung-
einer Verstärker- bzw. Einsatzform 10 wie in Fig. 2 und/oder einer Halte- bzw Aufnahmeform
20- wie in Fig. 4, wobei beide Formen zur Definierung einer ther.moplastischen,
schaumeinschließenden Form einer solchen Konstruktion zusammenwirken, daß sie im
Gebrauch jedweder Änderung der Abmessungen widersteht, welche durch die während
des Schäumens der in der Hohlform enthaltenen Masse bzw. Massen-entste-henden Wärme
erzeugt wird.
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Die Einsatzform 10 kann'vorteilhafterweise so hergestellt werden,
indem man als zu duplizierendes Teil das sogenannte ursprüngliche Teil oder Kundenteil"
nimmt und als Führung für die Bildung einer darumliegenden Form verwendet. Das ursprüngliche
Teil zum Zwecke der Darstellung
wird in Fig. 2 ein Revolver gezeigt)
wird durch ein Vakuumformverfahren mit einer thermoplastischen Hülle versehen. Auf
diese Hülle kommt eine Oberfläche bzw. Auskleidung 12 aus steinigem Material wie
z. 8. Zement, oder Beton, Feuerton, Hochtemperaturgips oder irgendeinem geeigneten
feuerfesten Material, wobei dies durch Aufsprühen oder ähnliche Mittel so aufgebracht
wird, daß es gleichmäßig verteilt ist und die Dicke der Oberfläche je nach Bedarf
zwischen den Formen verändert wird.
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Abwechselnde Schichten bestehend aus Glasfaser 14 und einem Polyester-
oder Epoxydharz 16 können aufgesprüht oder anderweitig nacheinander über die Stein-Auskleidung
12 gebracht werden, um die erwünschte Dicke abzugeben, die teilweise vom Druck bestimmt
wird, dem die Form während des Ausdehnungsvorgangs standhalten soll.
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Das Aufspritzen kann mittels einer Spritzvorrichtung oder Vorrichtungen
zum Spritzen von Faserglas und einem Polyesterharz sowie einem passenden Katalysator
erfolgen. Eine vermischte Masse der Materialien wird bis zu der erwünschten Dicke
aufgebaut. Dadurch können die Formen wirtschaftlicher und mit größerer Geschwindigkeit
hergestellt werden.
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Anshiießend an die Fabrikation wird die anfängliche thermoplastische
Hülle
entfernt, wodurch die Stein-Auskleidung 12 an- allen Seiten oder Flächen an der
Form anliegt.
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Die Aufnahmeform 2D kann ähnlich zur Erzeugung der erwünschten Ausnehmung
um eine Form gebildet werden. Die Aufnahmeform aus Fig. 4 kann z. B. durch Überziehen
einer thermoplastischen Hülle über eine Schachtelform hergestellt werden. Auf der
äußeren, nicht ausgenommenen Seite dieser Hülle kann die innere Zementfläche 12
und die -abwechselnden Schlchten von Glassfaser 14 und Polyester- bzw.
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Epoxydharz 16 vorgesehen werden. Anschlie#end an die Herstellung wird
die thermoplastische Hülle entfernt, worauf die St-ein-Auskleidung an allen Seiten
oder Flächen der gebildeten Ausnehmung offen daliegt.
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Wahlweise kann an. st-elle einer derartigen thermoplastischen Hülle
ein Freisetzungsmittel das ursprüngliche Teil bedecken und die Stein-Auskleidung
kann darüber gebracht werden, worauf die abwechselnden Schichten des Glassfasermaterials
und des Polyester-- oder' Epoxydharzes darübergelegt werden, nachdem das Freieetzungsmittel
bei-der Bildung entfarnt wird.
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Die Form umfaßt eine steinartige Innenoberfläche die tur Absorption
von Feuchtigkeit porös ist, d. h. sie ist
von durchlücherter oder
poröser Natur mit kleinsten Zwischenräumen, durch die Wasser fließen kann, um so
eine Möglichkeit zur Aufnahme der Feuchtigkeit und Abgabe derselben in Form von
Dampf zu bieten, wenn sie in ein Hochfrequenzfeld eingebracht wird, wodurch die
benätigte Oberflächentemperat-ur erzeugt wird.
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Während die Stein-Auskleidung per se sich in einem Hochfrequenzfeld
nicht innerhalb einer angemessenen Zeit ausreichend erwärmt, tut dies die Feuchtigkeit
innerhalb der Stein-Auskleidung, wodurch der erwünschte Temperaturanstieg innerhalb
der Hohlform erreicht wird.
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Ein sehr wichtiges Merkmal der Erfindung liegt in der Tatsache, daß
der heiße, von der sich ausdehnenden Schaummass-e abgegebene Dampf kondensiert.,
wenn er auf die verhältnismäßig kühlere Oberfläche der Form auftrifft, und daß er
auch durch die poröse Wandung derselben absorbiert wird, so daß er in das Innere
der Auskleidung kriecht. Da sich die Form im Hochfrequenzfeld befindet, wird das
Kandensat zu Dampf regeneriert, um die benötigte Temperatur an der Oberfläche zu
erzeugen und das nachteilige Krümeln auszuschalten.
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Auf diese Weise wird durch das Zusammenwirken der einzelnen Kräfte,
nämlich des Dampfes innerhalb der sich ausdehnenden schäumenden Masse und des Kondensats
innerhalb der steinähnl.ichen-Auskleidung der Form ein synergischer Effekt erzielt,
wobei die Gesamtwirkung größer ist als die Summe der unabhängig voneinander-genommenen
zwei Einzelwirkungen.
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Die schwammartige Oberfläche ist gekennzeichnet durch ihee Fähigkeit,
das Kond-ensat zu absorbieren, das vom austretenden, innerlich erzeugten Dampf auf
der kühlen, durchlöcherten Formwand gebildet wird. Die absorbierte Feuchtigkeit
wird, da s'ie sich in einem Hochfrequenzfeld befindet, augenblicklich zu Dampf regeneriert.
Sie entweicht dann durch die Formtrennlinie in die Atmosphäre.
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In diesem Verlauf des Kondensierens und Regenerierens wird die Formwandung
ausreichend erwärmt, so daß die Kunststoffteilchen sowohl an den äußeren Seiten
als auch innerlich vollkommen verschmolzen werden.
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In Fig. 3 wird eine Form des geschäumten Endproduktes durch 22 gezeigt,
das mittels Formen nach Fig. 2 und 4 gebildet wurde und aus einem porösen, geschäumten
Körper 24 mit einem biw. Abdruck bzw. einer Ausnehmung 26 in
seiner
oberen, ebenen Fläche besteht, der dem Umriß des darin zu verpackenden Artikels
entspricht, wie dies vom Einsatzformteil, das in seiner Herstellung verwendet wurde,
bestimmt ist.
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Fig. 5 ist ein stark vergrößerter Querschnitt durch ein-e der Wandungen
der Form 20 und stellt die Anordnung der verschiedenen Materialschichten dar. Die
Form 10 ergibt in ihrem Querschnitt die gleiche Ansicht.
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Die Form, die direkt in das Hochfrequenzfeld gebracht wird, muss aus
elektrisch isoliertem Material bestehen und von ebensolchem getragen werden, damit
die Interferenz mit dem zur Verwendung kommenden dielektrischen Feld vermieden wird.
Ein derartiges Material muss entweder zur Stromaufnahme von Elektroden fähig sein
und selbst als Elektrode dienen können, oder es darf sich nicht fühlbar dielektrisch
erwärmen.
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In Fig. 6 ist eine typische erfindungsgemäße Form bestehend aus einer
Einsatzform 200 und einer AuFnahnle-Form 30ü abgebildet.
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Die AuSnahnleform 3üü besitzt eine Ausnehmung 3U2, während die Einsatzform
2UU einen Preßstempel 202 besitzt, der von
der Ausnehmung aufgenommen
wird, wobei beide Formen längs einer waagerechten Trennlinie 204 ausainandernehmbar
sind.
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Die Aufnahmeform 300 ist zur Uerstärkung der Konstr@ktion von einem
Holzrahmen 310 umgeben und besteht aus einer inneren Stein-Auskleidung 314 und daran
aufgebauten, abwechselnden Schichten aus Faserglas 316 und Polyester-oder Epoxydharz
328, wobei die Faserglasschicht neben der Stei-n-Ruskleidung ein kühlrohr 320 enthalt,
Ein Einfüllzapfen 322 verläuft senkrecht durch die Auf nahmeform 300 und steht an
seinem oberen Ende mit der Ausnehmung 302 in der Aufnahmeform in Verbindung.
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Die Eins. atzform 200 ist. in. ähnlicher Weise konstruiert und enthalt
Eine innere Stein-Auskleidung 214, an der abwechselnde Schichten aus faserglas 216
und Fpoxydharz 218 aufgebaut sind.
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Die an einem Umfangsflansch 224 des @insatzformteils fixierten Stangen
222 dienen bei Betätigung durch geeignete Mittel dazu, die obere Form in Gu#stellung
zu halten oder sie davon abzuheben.
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In der Ausnehmung 302 befindet sich eine @@lbstausdehnends
Masse
25D bestehend aus Polystyrol, das zur Wärme und Feuchtigkeitserzeugung zwecks Verschmelzung
der masse einem Hochfrequenzfeld ausgesetzt wird.
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Die so erzeugte Feuchtigkeit kriecht in die porösen Stein-Auskleidungen
sowohl der Einsatz- als auch der Aufnahmeformteile, wodurch diese Wandungen erwärmt
werden und. die richtige Verschmelzung der daran anliegenden körnchen gewährleisten.
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In der Tat'führen die Steinoberflächen-Auskleidungen die Funktion
des Siedens auf, der Oberfläche aus, um die richtige Verschmelzung darüber zu sichern
Bei der Herstellung des Aufnahmeformteils 30D werden Vorkehrungen zur Anbringung
geeigneter Ausstoßvorrichtungen in der Form von Stiften getroffen, wodurch der innerhalb
der Ausnehmung 302 gebildete Artikel ausgastossen werden kann. Die Einsatzform kann
zur Aufnahme dieser Stifte zweckmäßig mit Bohrungen versehen Stein.
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Die so geschaffenen Öffnungen sind versenkt, wodurch die Köpfe der
Aussto#stifts mit der inneren, ebenen Stein Auskleidung 314 bündig sind.
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Bei dem herkümrnlichen Verfahren des Dampfeinspritzens in die Ausnehmung
einer Aluminiumform konnte der Kunde ein muster seines geformten Teils erst nach
der Vollendung der Form erhalten, was manchmal 8 bis 12 Wochen in Anspruch nahm.
Aufgrund dieser Erfindung kann man ein Fertigteil innerhalb von ein paar Stunden
erhalten.
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Beim herkömmlichen Verfahren wird das "kundenteil", das manchmal auch
als "0ri'ginal" bezeichnet wird, für gewdhnlich als Führung für die Herstellung
eines Duplikats oder Abbildes bzw. Musters verwendet, wobei dieses Muster dann zur
Herausbildung eines Abdruckens in Sand oder Zement oder Gips gelegt wird, in welchen
dann zwecks Herstellung des Gut3teiles geschmolzenes Aluminium gegossen wird. Eine
derartig teure, zeitverschuendende Prozedur wird hier vermieden und ein kürzeres
Verfahren der Formherstellung ermöglicht, was besonders vorteilhaft ist im Falle
von in kleiner Serie erzeugten Gegenständen und/oder wo Formkosten nicht befriedigend
amortisiert werden können.
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Hier wird die Form mit dem ausdehnbaren, polymeren Material in seiner
Ausnehmung durch ein Hochfrequenzuellenfeld geführt.
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Die steinartige Auskleidung der Form läßt es zu, daß der
erzeugte
Dampf einsickert oder aus der Masse heraus- und in die Auskleidung hineingetrieben
wird. Der Stein der Auskleidung selbst erwärmt sich nicht, da er aber im Hochfrequenzfeld
liegt, hat die in den Stein einsicke-rnde Feuchtigkeit eine Wärmewirkung, wodurch
in dem ge-samten Artikel eine Verschmelzung erzielt wird.
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Beim Öffnen und Schließen der Form und beim Ausstossen der geformten
Teile geht etwas Feuchtigkeit des Steins verloren, so daß der Stein auszutrocknen
beginnt. Bei der nächsten Ladung tritt der Dampf von den nassen Tröpfchen wiederum
in die Stein-Muskleidung ein; so daß der Mnfeuchtungszyklus wiederholt wird.
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Zeit ist von größter Bedeutung bei der Vorbereitung polymerer Schäume
und polymerstruktureller Materialien.
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Die Wärmezeit oder die Zeit, in der das ausdehnbare -polymere Material
den Hochfrequenzwellen ausgesetzt wird, hängt von der zur Schaumbildung benötigten
Temperatur und der Geschwindigkeit ab, mit der diese Temperatur für ein gegebenes
Material erreicht wird. Zur Herstellung des Schaums, muss das Material wenigstens
auf einen Temperaturbereich erwärmt werden, in dem sich die Erweichung des Polymere
abspielt. Zur Vermeidung des Verkohlens muss der Schaum aus dem Feld entfernt werden,
bevor eine Überhitzung vorkommt
Die oberen und unteren Temperaturg-renzen
verändern sich mit der Wa-hl des polymeren Materials. Wenn z. B. ausdehnbares Polystyrol
erwärmt wird, muss zum Erweichen und zur Ausdehnung sine Temperatur von ungefähr
100 bis 125 °C erzielt werden. Allgemein gesagt sollten diese polymeren Schäume
aus dem Hochfrequenzfeld entfernt werden, bevor eine Temperatur von 135 bis 150
Or erreicht wird.
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Die benötigte Temperatur hängt auch von der Dichte des Materials ab.
Wenn z. B. ausdehnbares Polystyrol mit einer Dichte von 32 kg/m3 erwärmt wird, reicht
eine Temperatur von ung@fähr 110 0 aus, um den Polymer zu erweichen und die Ausd@hnung
voranzutreiben. Wenn die Materialdichte auf ung@fähr 16 kg/m3 verrignert wird, braucht
man sine Temperatur von ungefähr 120 Di-e Temperatur, auf welche das behandelte
polymerische Material in einem Hochfrequenzfsld erwärmt wird, hängt letztlich von
der pro Einheit des Materialvolumens absorbierten -Leistung ab. Die absorbierte
Leistung wiederum ist abhägig vom Ueriuetfaktor des zu erwärmenden Materials, der
angelegten alsktrischen Spann-ung und dar von dem jeweiligen Generator arzeugten
Frsouenz. Eine Frequ@nz von ungsfähr 5 bis 100 MHz ist allgemein gesignst.
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Wenn das dehnbare polymere Material in Formen end/oder zwischen Auskleidungsmaterialien
gelegt wird, hängen die Temperatur und das Erwärmungsverhältnis im Hochfrequenzfeld
etwas von der Dicke und dem Verlust faktor der Form und/oder des Ausklsidungsmaterials
ab.
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Die verwendete Form sollte aus einem Material mit geringem Verlustfaktor
bestehen, um die Aufnahme der Hochfrequenzenergie darin zu vermeiden. Materialien
wie z. B. Holz, Glas, Quarz, Keramiken, Polymethacrylate, Teflon, polyesterimprägnierte
Glassfaser und siliconimprägnierte Glassfaser eignen sich besonders.
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Der Hochfrequenzgenerator (nicht dargestellt) ist herkömmlicher Art
und besteht im allgemeinen aus drei Teilen, nämlich einem Netzteil, einem Hochfrequenzerzeugungsteil,
und einem Steuerteil. Das Netzteil empfängt. von einer Wechselstromquelle niedrige
Spannung, richtet diese Spannung gleich und transformiert sie in eine Hochspannung.
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Der Hochfrequenzteil nimmt diese Hochspannung auf und erzeugt Hochfrequenz-Leistung.
Der Steuerteil reguliert den Betrieb der beiden anderen Teile. Das Hochfrequenzfeld
wird zwischen einer heißen Elektrods und einer Erdungselektrods erzeugt, wobei der
Abstand zwischen den Elektr-oden veränderlich ist.
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Patentanspruch ==============