DE1966937A1

DE1966937A1 - Maschine zum formschaeumen von schaumkunststoffgegenstaenden aus treibmittelhaltigem termoplastischen kunststoffgranulat

Info

Publication number: DE1966937A1
Application number: DE19691966937
Authority: DE
Inventors: Gerhard Kracht; Alvin M Sasanko
Original assignee: Olsonite Corp
Current assignee: Olsonite Corp
Priority date: 1968-08-06
Filing date: 1969-07-05
Publication date: 1975-09-25
Also published as: ES370285A1; GB1265847A; GB1265846A; NL6911857A; AT309797B; DE1966937B2; BR6911012D0; CH516987A; SE355753B; DE1966937C3; GB1265845A; US3537131A; BE736662A; DE1934224B2; FR2015127A1; DE1934224A1

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-In^. H. BERKENFELO, Patentanwälte, Köln

Anlage

zur Eingabe vom 7. Mä>Z 1975

Aktenzeichen P 19 66 937.5 Name d. Anm.

Swedish Crucible Steel... S 70/4

Maschine zum Formschäumen von Schaumkunststoffgegenständen aus treibmittelhaltigem thermoplastischen Kunststoffgranulat

Die Erfindung betrifft eine Maschine von der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gattung.

Der Formhohlraum einer solchen Maschine muss zum Aufheizen des in ihn eingefüllten Kunststoffgranulates möglichst schnell und möglichst gleichmässig mit Heissdampf beschickt werden. Damit stellt sich die Aufgabe, den Formhohlraum so auszubilden, dass der Heissdampf möglichst schnell und gleichmässig in ihn eingeleitet werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einer Maschine der eingangs genannten Gattung die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale verwendet.

Damit wird der Heissdampf nicht nur wie üblich durch die perforierte Aussenwand, sondern auch durch den gelochten Kern von innen in den Formhchlraum eingeleitet.

Zur weiteren Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades dienen die im Patentanspruch 2 aufgeführten Merkmale.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 ein Querschnitt durch die erfindungsgemässe Maschine,

Fig. 2 eine Aufsicht, im wesentlichen in Blickrichtung der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3:ein Schnitt entlang der Schnittlinie 3-3 in Fig. 1 und

Fig. 4 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, durch das den Formdek-

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kel haltende Scharnier.

Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen die Maschine 10 mit einem doppelwandigen Gehäuse 12, welches mit einer äusseren Seitenwand 14 versehen ist, die auf einem Fundament 16 aufruht. Das Gehäuse 12 ist noch mit einem Boden 18 versehen, auf welchem ein hohler, zylindrischer, gelochter Kern 20 aufruht, der zahlreiche kleine öffnungen 22 aufweist und eine Kernkammer 23 umschliesst. Im Formhohlraum 24 zwischen der Seitenwand 14 und dem Kern 20 ist eine ringförmige Bodenplatte 26 in senkrechter Richtung beweglich. Die Bodenplatten 26 wird durch mehrere hydraulische Zylinder 32 angehoben und gesenkt, deren untere Enden auf dem Fundament 16 aufruhen und deren Kolben in die Bodenplatte 26 eingeschraubt sind.

Die Zylinder 32 sind an ihren oberen und unteren Enden mit Rohren 36 bzw. 38 versehen, von denen das eine für die Zuführung und das andere für die Abführung des Druckmittels dient. Ein Fülldeckel 28 und ein Formdeckel 30 können auf den Formhohlraum 24 geschwenkt werden.

Auf dem Fundament 16 steht ferner ein Endschalterbügel 40 auf, der drei Endschalter 42, 44 und 46 für die Bodenplatte trägt, welche in verschiedener Höhe angeordnet sind. Die Schalter werden einzeln oder nacheinander durch einen Betätiger 50 betätigt, der auf einem Arm 52 angeordnet ist, welcher durch eine Bohrung im Boden 18 nach oben bis zur Bodenplatte 26 verläuft. Die Endschalter 42, 44 und 46 liegen an einem elektrischen Steuerkreis, der die Bodenplatte 26 wahlweise auf einem ersten Niveau L-I hält, das der in Fig. 1 mit vollen Linien gezeigten Stellung entspricht, oder auf einem zweiten und einem dritten Niveau L-2 bzw. L-3.

Ausserhalb des Gehäuses 12 sind in verschiedener Höhe drei Leitungen 54, 56 und 58 angeordnet. Der oberen Leitung 54 wird Kühlwasser durch ein Einlassrohr 60 zugeführt, der mittleren Leitung 56 wird Druckdampf durch ein Zuführungsrohr 62 zugeführt und die untere Leitung 58 ist mit einem Wasserabflussrohr 64 versehen. Die Leitungen 54 und 58 sind durch Wassereinlass- und Wasserauslassrohre 66 bzw. 68 mit den oberen und unteren Enden von senkrechten,

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in der Umfangsrichtung im Abstand liegenden Kühlwasserdurchlässen 70 (Figuren 1 und 3) in der äusseren Seitenwand 14 verbunden. Die Dampfleitung 56 ist andererseits durch Rohre 72 mit senkrechten, in Umfangsrichtung im Abstand liegenden Dampfdurchlässen 74 in der SEitenwand 14 verbunden, welche durch in senkrechter Richtung im Abstand liegende Dampfeinlassöffnungen 76 (Fig. 1) mit dem Formhohlraum 24 in Verbindung stehen. Der Boden 18 ist mit einer mittleren Dampfeinlassöffnung 78 versehen, von welcher ein Zuführungsrohr 80 zur Dampfleitung 56 führt. Die öffnungen 82 und 84 im Boden 18 führen aus der Kernkammer 23 und dem Formhohlraum 24 zu einem abgezweigten Kondensat-Abflussrohr 86, durch welches Kondensat abgeführt 4wird.

Der Fülldeckel 29 i'"d der Formdeckel 30 sind an Areiinen 88 und 90 befestigt, welche bei 92 und 94 mit Winkelstützen 96 und 98 gelenkig verbunden sind, die ihrerseits an gegenüber!Tagenden Stellen auf der Seitenwand 14 in der Nähe von deren oberem Ende befestigt sind. Die Arme 88 und 90 sind mit Kolben 100 und 102 von hydraulischen Zylindern 104 und 106 verbunden. Die unteren Enden der Zylinder sind mit Bügeln 108 und 110 schwenkbar verbunden, welche ihrerseits an der Seitenwand 14 in der Nähe des Fussbodens 112 befestigt sind.

Der Flil Ideckelhebezylinder 104 ist mit oberen und unteren Rohren 114 und 116 versehen, während der Formdeckelhebezylinder 106 ebenfalls mit oberen und unteren Rohren 118 und 120 versehen ist. Der Fülldeckel 28 weist einen Rand 122 auf, an welchem ein mittleres Sieb 124 befestigt ist. Ein Zuführungsrohr 126 für Schaumkunststoffgranulat erstreckt sich bis zu Füllöffnungen 128, velche durch das Sieb^¹ 124 hindurchgehen, und ist am hinteren Ende 130 mit einem Schlauch 132 gekuppelt, der zum Auslass-stutzen eines Gebläses 136 führt, dessen Einlass 138 mit einem Vorratsbehälter 140 für Kunststoffgranulat verbunden ist. Auf dem Rand 122 ist auch ein Schalterarm 142 befestigt, auf welchem ein Füllgrenzschalter 144 (Fig. 1) angeordnet ist, der durch eine Ausnehmung 146 (Fig. 2) im Sieb 124 nach unten tritt. Ein Arm 148, der einen Grenzschalter 150 trägt, ist auf der Seitenwand 14 des Gehäuses

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im Weg des Armes 88 angeordnet. Auf der Unterseite des Randes ist noch ein Dichtring 151 befestigt.

Auf der Unterseite des Formdeckels 30 ist eine Ringdichtung 153 befestigt. In seiner Mitte ist d er mit einer Dampfeinlassöffnung 152 versehen, die mit einem Dampfeinlassrohr 154 verbunden ist. Dieses ist mit der Dampfleitung 56 verbunden.

Um den Formdeckel 30 fest nach unten gegen das obere Ende des Gehäuses 12 zu halten, sind mehrere Klemmeinrichtungen 156 (Fig. 2) an in Umfangsrichtung im Abstand liegenden Stellen rund um das Gehäuse vorgesehen. Jede Klemmeinrichtung 156 weist eine Winkelstütze {158} (Fig. 4) auf, die an der Seitenwand 14 befestigt ist. In der Nähe ihrer Verbindung mit der Wand 14 weist die Winkelstütze 158 eine Gelenkverbindung 160 mit einem hydraulischen Zylinder 162 auf, der mit Rohren 164, 166 und mit einem Kolben 168 versehen ist, dessen oberes Ende mit einer Klemmbacke 170 verbunden ist. Das innere Ende jeder Klemmbacke 170 kommt mit dem oberen Ende des Formdeckels 30 in der Nähe von dessen Umfang in Eingriff, während das äussere Ende der Klemmbacke bei 172 mit dem oberen Ende der Winkelstütze 158 gelenkig verbunden ist.

Für die Wirkungsweise der Maschine sei angenommen, dass sich die Bodenplatte 26 auf ihrem obersten Niveau L-I befindet, das 1,2 m unterhalb des oberen Endes des Gehäuses 12 liegt. Es sei auch angenommen, dass die Klemmeinrichtungen 156 geöffnet und ihre Klemmbacken 170 angehoben sind. Es sei ferner angenommen, dass beide Deckel 28 und 30 in ihre senkrechten Stellungen angehoben sind, so dass der Formhohlraum 24 offen ist. Dies wird erreicht, indem hydraulisches Druckmittel durch die oberen Rohre 114 und 118 der hydraulischen Zylinder 104 und 106 eingerührt und Druckmittel durch die unteren Rohre 116 und 120 abgeführt wird, so dass sich die Kolben 100 und 102 nach unten in ihre tiefsten Stellungen bewegen und dadurch die Arme 88 und 90 sowie die Deckel 28 und 30 in ihre senkrechten Stellungen verschwenken. Die Endschalter liegen in einem elektrohydraulischen Stromkreis und die verschiedenen Bewegungen erfolgen in zeitlicher Abhängigkeit und in einer

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vorherbestimmten Reihenfolge automatisch. Da die verschiedenen Vorgänge auch durch Handsteuerung ausgeführt werden können, werden sie der Einfachheit halber nachstehend so beschrieben.

Zu Beginn eines Zyklus wird die Bodenplatte 26 veranlasst, sich zu ihrem obersten Niveau L-I zu bewegen. Auf diesem ersten Niveau kommt der Betätiger 50 mit dem oberen Endschalter 42 in Eingriff und schliesst diesen. Dadurch wird der Stromkreis geschlossen. Druckmittel wird dem unteren Rohr 116 des Zylinders 104 zugeführt und durch das obere Rohr 114 abgeführt. Dadurch wird der Kolben 100 aufwärts bewegt, um den Arm 88 und den Fülldeckel 28 im Gegenuhrzeigersinn in die in Fig. 1 gezeigte Schließstellung zu schwenken.

Durch das Schliessen des Fülldeckels 28 wird das Gebläse 136 betätigt, welches Kunststoffgranulat aus dem Vorratsbehälter 140 in den Formhohlraum 24 fördert. Wenn dieser gefüllt ist, drücken diese gegen den Fülldeckel 28 und betätigen den Endschalter 144. Dieser Vorgang betätigt die hydraulischen Zylinder 32 und bewirkt, dass sich deren Kolben 34 abwärts bewegen, bis der Betätiger 50 mit dem zweiten Endschalter 44 in Eingriff kommt, wenn die Bodenplatte 26 das zweite Niveau L-2 erreicht, wodurch deren Abwärtsbewegung vorübergehend unterbrochen und ein Unterdruck auf der Oberseite der Charge des Kunststoffgranulates im Formhohlraum 24 erzeugt wird. Bei der dargestellten Ausführungsform bewegt sich die Bodenplatte 26 während ihrer Abwärtsbewegung vom ersten obersten Ende-der-Ferfflkafflfflei° oder Füllniveau L-I, das in einem Abstand von 1,2 m vom oberen Ende der Formkammer 24 liegt, um 0,125 m abwärts zum zweiten Niveau L-2, das in einem Abstand von 1,325 m vom oberen Ende des Formhohlraums 24 liegt.

Durch den Eingriff des Betätigers 50 mit dem zweiten Endschalter 44 wird das Gebläse 136 ausgeschaltet und die Förderung von Granulat unterbrochen, während der elektrische Stromkreis geschlossen wird, um den Zylinder 104 zu betätigen. Der FUlldeckel 28 schwenkt dann aufwärts in die senkrechte oder offene. Stellung, so dass der Arm 88 mit dem Endschalter 150 in Eingriff kommt und die-

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sen schliesst. Dieser Vorgang betätigt den Zylinder 106, indem Druckmittel durch das untere Rohr 120 zugeführt wird, so dass sich der Kolben 102 aufwärts bewegt und den Arm 90 im Uhrzeigersinn um den Drehzapfen 94 verschwenkt. Dadurch wird der Formdeckel 30 nach unten in die Schließstellung und in Dichtungseingriff mit dem Gehäuse 12 geschwenkt.

Durch die Schliessung des Formdeckels 30 wird der Endschalter geschlossen, der seinerseits die Betätigung der hydraulischen Zy-1 irefer 162 der Klemmeinrichtungen 156 (Fig. 4) bewirkt, indem hydraulik ches Druckmittel durch die oberen Rohre 166 zugeführt und durch die unteren Rohre 164 abgeführt wird. Die Kolben 168 und die Klemmbacken 170 bewegen sich daher abwärts und klemmen den Formdeckel 30 auf dem Gehäuse 12 fest.

Durch das Schliessen und Festklemmen des Formdeckels 30 bewirkt ein nicht dargestellter druckempfindlicher Schalter, der mit dem hydraulischen Kreislauf der Klemmzylinder 162 verbunden ist, dass ein elektrischer Stromkreis ein nicht dargestelltes Dampfventil öffnet, welches seinerseits Dampf unter einem Druck von ungefähr 5,27 kg/cm und mit einer Temperatur von 121⁰C zuführt, damit dieser Dampf durch die Dampfleitung 56, die Rohre 72,80 und die Durchlässe 74 des Gehäuses über die äusseren und inneren Dampfeinlassöffnungen 76, 78 und 22 in den Formhohlraum 24 und die Kernkammer 23 strömt. Die Hitze des Dampfes bewirkt, dass das vorher ausgedehnte Polystyrol-Kunststoffgranulat weiter ausgedehnt wird. Während dieser Bedampfung und der sich daraus ergebenden Verschmelang und Ausdehnung des Granulats oder unmittelbar nachher betätigt der elektrische Stromkreis wieder die hydraulischen Zylinder 32 in der oben beschriebenen Weise, damit sich die Bodenplatte 26 vom zweiten Niveau L-2 weiter zum untersten Niveau L-3 bewegt, das in einem Abstand von 1,8 m vom oberen Ende des Formhohlraumes 24-24 liegt. Der Betätiger 50 kommt dann mit dem dritten Endschalter 46 in Eingriff, so dass die Abwärtsbewegung der Kolben 34 in den Zylindern 32 zum Stillstand kommt. Die auf diese Weise am oberen Ende und am Boden des Formhohlraumes 24 während des Schmelzens und der Ausdehnung des Granulates erzeugten Lunker verringern die Dichte und erteilen auch dem erzeugten Kurststoffschaum eine gleichmäs-

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sigere Dichte. Die Abwärtsbewegung der Bodenplatte 26 während des Schmelzens und der Ausdehnung erteilt den geformten Schaumkunststoffgegenständen grössere Biegsamkeit.

Nachdem im Formhohlraum 24 ein bestimmter Druck erreicht ist und nach Ablauf eines vorherbestimmten Zeitraums, was mit einem Zeitschalter erzielt wird, schliesst der Stromkreis das Dampfzuführungsventil, so dass die weitere Strömung von Dampf zum Dampfzuführungsrohr 62 unterbrochen wird, und öffnet gleichzeitig ein Kühlwasserventil, welches dem Zuführungsrohr 60, dem Kühlwasserverteiler 54 und den Wassereinlassrohren 66 Kühlwasser zuführt,. Gleichzeitig öffnet der Stromkreis die Kühlwasserauslassrohre 68, den Wasserauslassverteiler 58 und das Abflussrohr 64,so dass Kühlwasser durch die senkrechten Wasserdurchlässe 70 abwärts fliesst und den Formhohlraum 24 kühlt.

Nach Ablauf des vorherbestimmten Kühlzeitraumes betätigt der Stromkreis die Klemmeinrichtungen 156, indem Druckmittel durch die unteren Rohre 164 zugeführt und durch die oberen Rohre 166 abgeführt wird. Dadurch werden die Kolben 168 aufwärtsbewegt und die Klemmbacken 170 um ihre Drehzapfen 172 in die senkrechten oder Offenstellungen verschwenkt. Hierauf betätigt der Stromkreis den hydraulischen Zylinder 106, indem Druckmittel durch das obere Rohr 118 zugeführt und durch das untere Rohr 120 abgeführt wird, so dass sich der Kolben 102 abwärts bewegt und den B Formdeckel 30 um seinen Drehzapfen 94 im Gegenuhrzeigersinn in die senkrechte oder Offenstellung aufwärts verschwenkt.

Der Stromkreis öffnet nunmehr das Dampfventil, damit der Dampf wieder durch die Dampfzuführungsrohre 62, 72 und 80 in den Formhohlraum 24 strömt, um die Wandreibung zu verringern und infolge dessen das spätere Ausstossen des geformten Schaumkunststoffkörpers zu unterstützen. Unmittelbar nach der Betätigung der Zylinder 32, um Druckmittel durch die unteren Rohre 38 zuzuführen und durch die oberen Rohre 36 abzuführen, bewegen die Kolben 34 die Bodenplatte 26 vom untersten oder dritten Niveau L-3 aufwärts zum obersten oder ersten Niveau L-I. Der Betätiger 50 kommt mit dem obersten Endschalter 42 in Eingriff und bringt die Aufwärtsbewe-

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gung der Bodenplatte am obersten Niveau L-I zum Stillstand. Inzwischen drückt der Dampfdruck rund um und unterhalb des geformten Schaumkunststoffblocks diesen aus dem Formhohlraum 24 heraus.

Auf diese Weise wird ein heisser Schaumkunststoffblock erzeugt, der fasXbis zur Unstabilität sehr biegsam ist. Von diesem Block abgetrenntes Material kann sehr leicht durch Zusammendrücken oder Vakuumformung in gewünschte Formen gebracht oder mit Ausnehmungen von gewünschter Form zur Aufnahme von zerbrechlichen Gegenständen versehen werden, um dieselben während des Transports zu schützen.

Wie bereits erwähnt, wird der Dampf dem Formhohlraum 24 während des oben beschriebenen Vorganges vorzugsweise unter einem Duck von ungefähr 5,27 kg/cm und mit einer Temperatur von 121⁰C zugeführt. Der geformte Schaumkunststoffkörper wird aus dem Formhohlraum 24 in heissem Zustand bei einer TEmperatur von 38 - 93⁰C ausgestossen.

Das vorliegende Verfahren ergibt ein besseres 0 Produkt, das eine gleichmässigere Dichte und eine erhöhte Biegsamkeit aufweist, ohne dass späteres Zusammendrücken erforderlich wäre. Ausserdem kann dieses Produkt sofort nach der Herausnahme aus der Form in kleinere Teile oder in biegsame Scheiben geschnitten werden.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung, das jedoch die in den Zeichnungen dargestellte gleiche Maschine verwendet, werden die Polystyrol-Kunststoffkörner von einer Dichte von 0,64 g/cm auf eine wesentlich geringere Dichte ausgedehnt, wie z.B. 0,008 g/cm . Nachdem die Bodenplatte 26 zu ihrem niedrigsten Niveau L-4 nach unten bewegt ist, wird der Fülldeckel 28 in der vorstehend beschriebenen Weise geöffnet und der Formhohlraum 24 mit dem vorher ausgedehnten Kunststoffmaterial von geringer Dichte gefüllt. Der Formdeckel 30 wird dann durch den Zylinder 106 in die Schließstellung bewegt. Dann werden die hydraulischen Klemmzylinder 162 betätigt, um die Klemmbacken 170 der Klemmeinrichtungen 156 auf dem Formdeckel 30 zu schliessen. Hierauf werden die hydraulischen Zylinder 32 betätigt, damit die

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Kolben 34 die Bodenplatte 26 auf ihr höchstes Niveau L-I anheben, d.h. von einer Tiefe von 1,8 m auf eine Tiefe von 1,2 m. Dieser Vorgang drückt das Kunststoffmaterial in dem Formhohl rum 24 auf eine Dichte von ungefähr 0,012 g/cm zusammen. Dann wird der Ausstossvorgang mittels Dampf oder auch mittels Druckluft ausgeführt, um den auf diese Weise zusammengepressten Schaumkunststoffblock auszustossen. Das Ergebnis ist ein biegsames Produkt mit stark verbesserter Abmessungsstabilität.

Obwohl dieErfindung unter Verwendung einer mit einem Kern versehenen zylindrischen Form beschrieben wurde, um einen hohlen zylindrischen Schaumkunststoffblock zu erzeugen, der das Abschneiden oder Abtrennen von Schaumkunststoffscheiben erleichtert, umfasst die Erfindung selbstverständlich auch die Erzeugung von rechteckicpn Schaumkunststoffblöcken unter Verwendung einer Form von rechteckigem Querschnitt statt eines zylindrischen Querschnitts. Die Scheiben des Schaumkunststoffmaterials werden dann von dem rechteckigen Block abgeschnitten, z.B. unter Verwendung eines heissen Schneiddrahtes. Eine solche Form für einen rechteckigen Block wird mit einer beweglichen Bodenplatte versehen, wie in der vorstehnd beschriebenen zylindrischen Formmaschine. Im übrigen entspricht die Ausbildung der Maschine und ihre Wirkungsweise der vorstehenden Beschreibung.

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Claims

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-Ιης. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen " 1» OD zurEi„gab.vom 7. März 1975 my. ν*, ,la». Swedish Crucible Steel... S 70/4 PATENTANSPROCHE

1. Maschine zum Formschäumen von Schaumkunststoffgegenständen aus treibmittelhaltigem thermoplastischen Kunststoffgranulat, bei der eine zylindrische, perforierte Aussenwand und eine zylindrische perforierte Innenwand zwischen sich einen Fomhohlraum begrenzen, der auf der einen Seite durch eine mechanisch in den Formhohlraum bewegbare Bodenplatte und auf der anderen Seite durch einen kraftbetätigten, am Formgehäuse schwenkbar angeordneten Formdeckel verschliessbar ist, und bei der die perforierten Wände mit einer Dampfquelle verbunden sind und zumindest die Aussenwand Kühlwasserkanäle aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Formhohlraumes (24) im Abstand von der Seitenwand (14) ein gelochter hohler Kern (20) angeordnet ist und dass i Einrichtungen (78,80) zum Zuleiten eines Heizmediums zu diesem Kern (20) vorgesehen sind.

2. Formmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampf- und Kühlwasserdurchlässe (74,70) in der Umfangsrichtung im Abstand voneinander in abwechselnder Reihenfolge in der und rund um die Seitenwand (14) angeordnet sind, öffnungen (76) für das Heizmedium von den DampfdurchTässen (74) durch die Seitenwand (14) in den Formhohlraum (24) durchtreten und Kühlwasserdurchlässe (70) gegen den Formhohlraum (24) abgeschlossen sind.

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