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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Bereich des Maschinenbaus, insbesondere
den Bereich von Werkzeugmaschinen, die einen beheizten Maschinentisch
zur Aufnahme von Formwerkzeugen aufweisen. Bei einer solchen Maschine
kann es sich insbesondere um eine Heißplattenpressmaschine handeln,
die zur Herstellung von Kunststoffteilen, z. B. gepressten oder
blasgeformten Kunststoffteilen, verwendet wird.
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Eine
Heißplattenpressmaschine weist in der Regel zwei relativ
zueinander verfahrbare beheizte Maschinentische auf, wobei die Maschinentische
zur Aufnahme der Form-Hälften von Formwerkzeugen beispielsweise
für die Glasformung oder die Heißpressformung
vorgesehen sind. Die in die Maschinentische integrierten Heizungen,
welche beispielsweise elektrisch betrieben werden können,
dienen dazu, die Maschinentische einschl. der darauf befestigten
und in thermischem Kontakt mit den Maschinentischen befindlichen
Formwerkzeugen auf eine für den jeweiligen Herstellungsprozess
optimierte Betriebstemperatur zu bringen. Im Beispiel der Heißpressformung
sind Oberflächentemperaturen der für die Heißpressformung
verwendeten Formwerkzeuge im Bereich von 250°C bis 300°C üblich,
wobei die Temperatur vom verwendeten Kunststoff sowie führenden
Heißpressformprozess bestimmt sind.
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Werden
die aus dem Stand der Technik vorbekannten Heißplattenpressen,
d. h. Pressen mit beheizten Maschinentischen, beispielsweise für
die Heißpressformung eingesetzt, so führt die
sehr große erhitzte Oberfläche der Werkzeugtische
und der darauf befestigten Formwerkzeugen zu einer starken Wärmeabstrahlung.
Dies hat einerseits zur Folge, dass ein nicht unerheblicher Teil
der eingesetzten Heizenergie nicht für den Heißpressformprozess
verwendet werden kann, sondern ungenutzt verloren geht, andererseits
beeinträchtigt diese Verlustwärme die Qualität
eines in der Nähe der Heißplattenpresse befindlichen
Arbeitsplatzes für einen Bediener. Bei beispielhaft durchgeführten
Messungen an einer Heizplattenpresse, an der pressgeformte Motorraumkapseln
für ein Kraftfahrzeug hergestellt wurden, konnte festgestellt
werden, dass die Verlustwärme über 50% der eingesetzten
Heizenergie betragen kann.
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Aus
dem Stand der Technik ist bekannt, beispielsweise für Warmformprozesse
anstelle von Heizplattenpressen Pressen mit unbeheizten Maschinentischen
zu verwenden und beispielsweise eine elektrische Widerstandsheizung
unmittelbar in den verwendeten Formwerkzeugen anzuordnen. So ist
beispielsweise aus der
EP
1 407 837 A2 eine Presse zur Herstellung von Metallformteilen
bekannt, bei der eine Heizung unmittelbar in die Hälften
der Formwerkzeuge integriert ist. Darüber hinaus ist in dieser
Offenlegungsschrift offenbart, dass zur Verbesserung des thermischen
Wirkungsgrades die außenliegenden Oberflächen
des Formwerkzeugs mittels einer Isolierung gegenüber der
Umgebung thermisch isoliert werden können. Diese technische Maßnahme
zur Einsparung von Heizenergie können aber i. d. R. nicht
in bestehende Systeme integriert werden, bei denen unbeheizte Formwerkzeuge
an beheizten Maschinentischen befestigt sind.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung anzugeben,
die zur Verwendung mit bestehenden Werkzeugmaschinen mit beheizten
Maschinentischen geeignet ist, so dass die vorgenannten Nachteile überwunden
werden. Insbesondere soll ein Nachrüstsystem für
bestehende Werkzeugmaschinen mit beheizten Maschinentischen angegeben
werden.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch einen Isolierbaustein gemäß Anspruch
1 sowie durch ein System von Isolierbausteinen gemäß Anspruch
15. Weiterhin wird ein vorteilhaftes Befestigungselement für die
erfindungsgemäßen Isolierbausteine angegeben sowie
eine vorteilhaft weitergebildete Werkzeugmaschine.
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Ein
erfindungsgemäßer Isolierbaustein ist zur thermischen
Isolation eines beheizten Maschinentisch vorgesehen. Der Maschinentisch
ist zur Aufnahme eines unbeheizten oder durch eine integrierte (z.
B. elektrische) Heizeinrichtung beheizten Formwerkzeugs vorgesehen,
es kann sich z. B. um den Maschinentisch einer Heißplattenpresse
handeln. Der Isolierbaustein ist dabei in mechanischer Hinsicht
in Sandwichbauweise erstellt und umfasst eine obere Deckplatte,
die dazu eingerichtet ist, eine zur Festlegung des Isolierbausteins
auf dem Maschinentisch dienende Montagekraft aufzunehmen. Die Montagekraft
wird dabei in der Regel in Richtung der Schichtabfolge der Sandwichkonstruktion
auf die obere Deckplatte aufgebracht. Unterhalb der oberen Deckplatte
ist eine thermisch wirksame Isolierschicht angeordnet. Der Isolierbaustein
ist dazu vorgesehen, mit einer Oberfläche, die sich quer
zur Richtung der Schichtabfolge der Sandwichkonstruktion erstreckt, in
mechanischen Kontakt mit einer Oberfläche des beheizten
Maschinentischs gebracht zu werden. Der Isolierbaustein bildet eine
plane Auflagefläche aus, die sich quer zur Richtung der
Schichtabfolge der Sandwichkonstruktion erstreckt. Diese plane Auflagefläche
ist dazu vorgesehen, mit einer Oberfläche des beheizten
Maschinentischs in mechanischen Kontakt gebracht zu werden.
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Der
einfache mechanische Aufbau des erfindungsgemäßen
Isolierbausteins erlaubt eine kostengünstige Herstellung,
wobei unterschiedlichste Formgebungen bzw. Abmessungen des Isolierbausteins auf
einfachste Weise realisiert werden können. Dies erlaubt
es, ein System von Isolierbausteinen zu realisieren, die verschiedene
Abmessungen und/oder verschiedene Formgebungen aufweisen, wobei
die Isolierbausteine des Systems dazu vorgesehen sind, in der Art
einer zusammenhängenden Parkettierung die freie, d. h.
nicht von einem Werkzeug bedeckte, Oberfläche des Maschinentischs
möglichst vollständig abzudecken und auf diese
Weise eine wirksame thermische Isolierung gegenüber der
Maschinenumgebung bereitzustellen. In der einfachsten Ausgestaltung
kann das System eine Mehrzahl von Isolierbausteinen mit rechteckiger
Grundfläche, aber verschiedenen Abmessungen, umfassen.
Derartige Isolierbausteine können auf einfachste Weise
zu einer zusammenhängenden Parkettierung ohne Lücken
zwischen den aneinander angrenzenden Isolierbausteinen zusammengefügt
werden. Eine vergleichbare Funktionalität bieten auch Rauten
bzw. trapezförmige Isolierbausteine ggf. unterschiedlicher
Abmessungen. Bevorzugt wird ein System von Isolierbausteinen realisiert,
welches eine Mehrzahl von Isolierbausteinen unterschiedlicher Abmessungen
umfasst, die eine rechteckige Grundfläche aufweisen, ergänzt durch
eine Mehrzahl von Isolierbausteinen, die eine dreieckige Grundfläche
ggf. in verschiedenen Abmessungen aufweisen.
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Dadurch,
dass der Isolierbaustein eine obere Deckplatte aufweist, die dazu
eingerichtet ist, eine zur Festlegung des Isolierbausteins dienende
Montagekraft aufzunehmen, kann ein sehr einfaches Befestigungselement
zur Festlegung der Isolierbausteine auf den beheizten Mischmaschinentisch
bereitgestellt werden. Insbesondere lässt sich ein mechanisch
sehr einfach aufgebautes Schnellspannelement angeben, welches die
in einem Maschinentisch üblicherweise vorgesehenen Befestigungsnuten
für die Festlegung beispielsweise von Formwerkzeugen zu
nutzen. Darüber hinaus kann es so ausgestaltet werden,
das mit einem einzelnen Schnellspannelement zugleich eine Mehrzahl
von Isolierbausteinen mechanisch auf der Oberfläche des
Maschinentischs festgelegt werden kann.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung weist ein erfindungsgemäßer
Isolierbaustein neben der oberen Deckplatte weiterhin eine untere
Deckplatte auf, wobei die Isolierschicht zwischen der oberen und
der unteren Deckplatte angeordnet ist. In der Sandwichkonstruktion
des erfindungsgemäßen Isolierbausteins sind die
untere und die obere Deckplatte bevorzugt im Wesentlichen parallel
zueinander angeordnet, besonders bevorzugt sind die untere Deckplatte,
die obere Deckplatte und die dazwischen angeordnete Isolierschicht
im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet
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Bevorzugt
wird die plane Auflagefläche des Isolierbausteins entweder
von der Isolierschicht oder der unteren Deckplatte ausgebildet.
Die untere und/oder die obere Deckplatte umfassen bevorzugt ein
Blech beispielsweise aus einem metallischen oder einem keramischen
Werkstoff, grundsätzlich sind bei gegebener Hitzebeständigkeit
aber auch Kunststoffe für die untere und/oder die obere
Deckplatte möglich. Aufgrund der geringeren Wärmebelastung
der oberen Deckplatte kann diese auf besonders einfache Weise aus
einem polymeren Werkstoff, d. h. einem Kunststoff, hergestellt sein
oder einen solchen umfassen.
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In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung der vorstehend beschriebenen
Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen
Isolierbausteins sind zumindest ein, bevorzugt aber mehrere mechanischer
Abstandshalter vorgesehen. Diese erfüllen die Aufgabe,
eine übermäßige Kompression der Isolierschicht
beim Aufspannen der Isolierbausteine auf den Maschinentisch sicher
zu verhindern. Hierzu können die einen oder mehreren mechanischen
Abstandshalter beispielsweise mechanisch an der oberen Deckplatte
festgelegt sein und entweder durch die Isolier schicht hindurchgeführt
sein oder diese umgreifen. Bevorzugt weisen die einen oder mehreren
mechanischen Abstandshalter dabei eine geringe thermische Leitfähigkeit
auf. Hierzu können sie beispielsweise aus einem geeigneten
Stahl mit geringer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise
Edelstahl, gefertigt sein. Darüber hinaus können
sie aber auch aus einem hitzebeständigen polymeren Werkstoff
oder aus einem keramischen Werkstoff bestehen. In einer besonders
bevorzugten Ausgestaltung sind die einen oder mehreren mechanischen
Abstandshalter dazu ausgebildet, die untere und die obere Deckplatte
eines Isolierbausteins auf einem vorgegebenen Abstand voneinander
zu halten. Zugleich sind die mechanischen Abstandshalter weiterhin
bevorzugt dazu ausgebildet, eine auf die obere Deckplatte aufgebrachte
Halte-Kraft auf den Maschinentisch, an dem der Isolierbaustein angeordnet
ist, abzuleiten. Die mechanischen Abstandshalter sollen dabei eine
solche Festigkeit aufweisen, dass sie bei der Einleitung der Klemmkraft
in den Isolierbaustein im Wesentlichen keine mechanische Verformung
erfahren, so dass eine Kompression die Isolierschicht weitestgehend
vermieden werden kann. Eine nur geringfügige Kompression
der Isolierschicht kann hingegen sogar erwünscht sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Mehrzahl
von als Stehbolzen ausgebildeten Abstandshaltern vorgesehen, die
an der oberen Deckplatte mechanisch festgelegt sind, beispielsweise
mittels Verschraubung oder Verschweißung. Diese erstrecken
sich durch die Isolierschicht hindurch. Bevorzugt ist die Längsachse
des Stehbolzens dabei entlang der Richtung der Schichtabfolge der
Sandwichkonstruktion oder mit der Richtung der Klemmkraft, mittels
der der Isolierbaustein auf der Oberfläche des Maschinentischs
aufgespannt wird, ausgerichtet. Bevorzugt fallen auch die Richtung
der Schichtabfolge und der der Klemmkraft zusammen. In einer besonders
bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen
Isolierbausteins mit oberer und unterer Deckplatte ist der zumindest
eine mechanische Abstandshalter als Stehbolzen ausgebildet, der in
einer Distanzhülse angeordnet ist, die Distanzhülse
besteht dabei bevorzugt aus einem Werkstoff niedriger Wärmeleitfähigkeit
und ausreichendem mechanischer Festigkeit. Sie wird mittels des
Stehbolzens zwischen der oberen und unteren Deckplatte verspannt
und übernimmt daher die Funktion der Kraftübertragung
von der oberen Deckplatte auf den Maschinentisch. Die Distanzhülse
kann beispielsweise aus einem keramischen Werkstoff bestehen, aber auch
Metalle mit niedriger Wärmeleitfähigkeit bzw. polymere
Werkstoffe mit ausreichender Hitzebeständigkeit kommen
als Werkstoff für die Distanzhülse in Betracht.
Da der Stehbolzen in dieser Ausführungsform nur zur Verspannung
der oberen gegen über der unteren Platte dient und daher
nur Zugkräfte aufzunehmen hat, kann er entsprechend gering
dimensioniert werden, was einen wesentlichen Vorteil für
die Vermeidung eines Wärmeeintrags in die obere Deckplatte
bedeutet. Auch für den Stehbolzen, welcher insbesondere
als Schraubbolzen ausgebildet sein kann, ist die Verwendung eines
Werkstoffs mit geringer Wärmeleitfähigkeit vorteilhaft,
beispielsweise Edelstahl.
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Die
Isolierschicht eines erfindungsgemäßen Isolierbausteins,
welcher beispielsweise gemäß eines oder mehrere
der vorstehend diskutierten vorteilhaften Ausgestaltung ausgestaltet
sein kann, besteht bevorzugt aus einem hitzebeständigen
Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Aufgrund
der Tatsache, dass die Klemmkraft von der oberen Deckplatte auf den
Maschinentisch über geeignete Abstandshalter übertragen
wird, braucht die Isolierschicht nicht gegen Klemmkräfte
quer zur Schichtrichtung widerstandsfähig zu sein. Es kann
sich also bei der Isolierschicht beispielsweise um eine Schicht
aus einer Mineralwolle oder aus einem geschäumten Kunststoff handeln.
Dem Ausführungsbeispiel können konkrete Materialangaben
entnommen werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung, die mit den vorstehend
genannten bevorzugten Ausgestaltungen frei kombinierbar ist, umfasst
ein erfindungsgemäßer Isolierbaustein, eine mechanisch belastbare
Randabdeckung auf, die die umfänglichen Seiten des sandwichartig
aufgebauten Isolierbausteins zumindest partiell abdeckt. Die Randabdeckung
dient dazu, bei einem mechanischen Kontakt mehrerer Isolierbausteine
miteinander oder auch mit einem auf dem Maschinentisch festgelegten
Formwerkzeug eine randseitige Beschädigung der Isolierbausteine
zu vermeiden. Eine solche Randabdeckung kann dabei insbesondere
integral mit beispielsweise der oberen oder der unteren oder beiden Deckplatten
ausgebildet sein. Eine vollständige Abdeckung der umfänglichen
Seiten des Isolierbausteins ist nicht erforderlich, vielmehr sollen
die Randabdeckungen zumindest Stoßleisten ausbilden, mit
denen einander angrenzende Isolierbausteine in mechanischen Kontakt
miteinander gelangen können, ohne dass es zu Beschädigungen
der erfindungsgemäß vorzusehenden Isolierschicht
kommt.
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Ein
erfindungsgemäßer Isolierbaustein kann auf besonders
einfache Weise auf dem Maschinentisch der Werkzeugmaschine festgelegt
werden mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Schnellspannelements.
Insbesondere dient ein solches Schnellspannelement zur Festlegung
eines Isolierbausteins auf dem beheizten Maschinentisch einer Heißplattenpresse.
Ein solcher Maschinentisch weist eine Mehrzahl von in seiner Oberfläche
ausgebildeten Befestigungsnuten auf. Das erfindungsgemäße
Schnellspannelement weist seinerseits zwei parallele Schenkel auf,
von denen zumindest ein Schenkel dazu vorgesehen ist, in eine Befestigungsnut
des Maschinentischs eingeführt zu werden. Der zweite Schenkel
ist hingegen im Gegensatz dazu vorgesehen, den Isolierbaustein zu übergreifen,
hier insbesondere dergestalt zu übergreifen, dass er eine Klemmkraft
auf die obere Deckplatte des Isolierbausteins ausübt. Ein
entsprechendes Schnellspannelement kann auf einfachste Weise als
U-förmiger Winkel aus einem metallischen Flachprofil realisiert
werden. Dabei kann die Länge der Schenkel so bemessen werden,
dass genau ein Isolierbaustein klemmend übergriffen wird,
sie kann aber auch so bemessen sein, dass von einem Schnellspannelement
eine Mehrzahl von Isolierbausteinen klemmend übergriffen
wird.
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Weiterhin
umfasst die Erfindung eine Maschine mit einem beheizten Maschinentisch,
der zur Aufnahme eines Formwerkzeugs vorgesehen ist, beispielsweise
eine Heißplattenpresse. Dabei ist der Maschinentisch der
erfindungsgemäßen Maschine mittels einem oder
mehreren der erfindungsgemäßen Isolierbausteine
thermisch gegenüber der Umgebung isoliert. Die Isolierbausteine
können dabei gemäß einer oder mehreren
der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen ausgebildet sein. Insbesondere
kann die Mehrzahl der verwendeten Isolierbausteine ein erfindungsgemäßes
System zur thermischen Isolierung darstellen. Bevorzugt sind dabei
die einen oder mehreren Isolierbausteine mittels einem oder mehreren
Schnellspannelementen wie vorstehend beschrieben auf der Oberfläche
des Maschinentischs festgelegt.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen.
Diese dienen zur Verdeutlichung der Erfindung und sind somit exemplarisch
und nicht einschränkend zu verstehen. Die Ausführungsbeispiele
werden anhand der Zeichnung näher erläutert. In
dieser zeigen:
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1:
eine Seitenansicht des unteren Maschinentischs einer Heißplattenpressmaschine
mit betriebsfertig montiertem Heißpressformwerkzeug,
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2:
eine Aufsicht auf den unteren Maschinentisch der Maschine aus 1,
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3:
eine perspektivische Darstellung eines Isolierbausteins gemäß einer
ersten vorteilhaften Ausgestaltung,
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4:
eine perspektivische Darstellung eines Isolierbausteins gemäß einer
zweiten vorteilhaften Ausgestaltung,
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5:
einen Schnitt durch den Isolierbaustein gemäß 3,
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6:
eine Ausschnittvergrößerung des in 4 gekennzeichneten
Bereichs,
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7:
eine Seitenansicht eines Isolierbausteins gemäß einer
dritten vorteilhaften Ausgestaltung,
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8:
eine Seitenansicht eines Isolierbausteins gemäß einer
vierten vorteilhaften Ausgestaltung,
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9:
einen Schnitt durch den Isolierbaustein gemäß 8,
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10:
eine perspektivische Darstellung des Isolierbasteins aus 8,
und
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11:
einen Schnitt durch einen Isolierbaustein gemäß einer
fünften vorteilhaften Ausgestaltung.
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1 zeigt
schematisch den unteren Maschinentisch einer Heißplattenpressmaschine 1 in Seitenansicht.
Die dargestellte Heißplattenpressmaschine 1 umfasst
einen unteren Maschinentisch 10, in den eine Mehrzahl elektrischer
Heizelemente 18 integriert ist. Auf dem Maschinentisch 10 mechanisch festgelegt
ist eine untere Formhälfte 22, die gemeinsam mit
einer oberen Formhälfte 24 ein Formwerkzeug 20 z.
B. für die Heißpressformung oder die Glasformung
von Kunststoffteilen ausbildet. Der untere Maschinentisch 10 ist
in seiner Position festgelegt. Der in 1 nicht
dargestellte obere Maschinentisch ist zumindest in vertikaler Rich tung
gegen den unteren Maschinentisch 10 verfahrbar, wodurch das
Formwerkzeug 20 geöffnet und geschlossen werden
kann. In der die Oberfläche 12 des unteren Maschinentischs 10 ausbildenden
Deckplatte ist eine Mehrzahl von T-förmigen Montagenuten 14 ausgebildet,
die sich sowohl in X als auch in Y-Richtung über die gesamte
Breite bzw. Länge der Deckplatte des unteren Maschinentischs 10 erstrecken.
Diese Montagenuten 14 sind aus dem Stand der Technik wohl bekannt.
Sie dienen der mechanischen Festlegung des Formwerkzeugs 20 auf
den Maschinentischen der Heißplattenpressmaschine 1.
Wie gezeigt ist die untere Formhälfte 22 des Formwerkzeugs 20 mittels einer
Mehrzahl von Montageklemmen 16, die teilweise in die Montagenuten 14 eingeschoben
werden und dann gegen die Oberfläche 12 des Maschinentischs 10 verspannt
werden, auf dieser festgelegt.
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Aus
der in 2 dargestellten Aufsicht auf den unteren Maschinentisch 10 der
Heißplattenpressmaschine 1 gemäß 1 ist
zu ersehen, dass die untere Formhälfte 22 des
Formwerkzeugs 20 nur einen Bruchteil der Oberfläche 12 des
unteren Maschinentischs 10 belegt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
wird die Heißplattenpressmaschine 1 für
die Heißpressformung von Kunststoffteilen verwendet. Hier
werden typische Werkzeugtemperaturen (an der Oberfläche
des Formwerkzeugs) von 250 bis 300° benötigt,
diese werden im Ausführungsbeispiel ausschl. durch die
in den unteren bzw. oberen Maschinentisch integrierten Heizelemente 18,
beispielsweise eine elektrische Widerstandsheizung, erzeugt. Eine
aktive Heizung des Formwerkzeugs 20 in dem Sinne einer
Integration von Heizelementen in das Formwerkzeug 20 selbst
ist hingegen nicht vorgesehen. Diese ist aber nicht grundsätzlich
ausgeschlossen.
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Da
im gezeigten Ausführungsbeispiel die Maschinentische selbst
beheizt werden, weisen diese Oberflächentemperaturen im
Bereich von bis zu 300°C und darüber auf. Aus
den 1 und 2 ist unmittelbar ersichtlich,
dass beispielsweise die Oberfläche 12 des unteren
Maschinentischs 10 durch die untere Formhälfte 22 des
Formwerkzeugs 20 nur partiell abgedeckt ist (Bedeckung
von z. B. 40%). Über die unbedeckte Oberfläche
des unteren Maschinentischs 10 geht in einer solchen Anordnung
ein relevanter Anteil der aufgebrachten Heizenergie in Form von
Strahlungswärme und über Wärmekonvektion verloren.
Dieser Verlust an Wärmeenergie ist einerseits extrem ineffizient
und führt zu einem überhöhten Energieverbrauch
bei der Herstellung von pressgeformten Kunststoffteilen. Ande rerseits
beeinträchtigt sie die Arbeitsbedingungen in der Umgebung
einer solchen Heißplattenpressmaschine. Um den Wärmeverlust über
die unbedeckte Oberfläche der unteren und oberen Maschinentische
zu minimieren, sind deren jeweilige Oberflächen jeweils
durch eine Mehrzahl von Isolierbausteinen 30 gemäß der
vorliegenden Erfindung abgedeckt, wie dies insbesondere aus 2 ersichtlich
wird. Dabei weisen die einzelnen Isolierbausteine 30 jeweils
eine individuelle Formgebung und individuelle Abmessungen auf. Die Formgebung
ist jedoch so gewählt, dass sich mit der Gesamtheit der
Isolierbausteine 30 eine möglichst lückenlose
Belegung der Oberfläche 12 beispielsweise des
unteren Maschinentischs 10 erzielen lässt. Hierzu
weisen im gezeigten Ausführungsbeispiel die Isolierbausteine 30 einen
rechteckigen Umriss auf, die Isolierbausteine 30' hingegen
sind dreieckig ausgestaltet.
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Auf
der Oberfläche 12 des unteren Maschinentischs 10 werden
die Isolierbausteine 30 festgelegt unter Verwendung von
einer Mehrzahl von Schnellspannelementen 60, die die Form
U-förmiger Profile aus einem Flachstahl aufweisen und mit
einem Schenkel in die Montagenuten 14 des unteren Maschinentisches 10 eingeschoben
werden.
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Der
obere Schenkel der Schnellspannelemente übergreift hingegen
klemmend einen oder mehrere Isolierbausteine 30, 30' und übt
auf deren obere Deckplatte 32 eine gegen die Oberfläche 12 des
Maschinentischs 10 gerichtete Klemmkraft aus.
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Mit
dem von der Mehrzahl der Isolierbausteine 30, wie sie beispielsweise
aus 3 oder 4 ersichtlich sind, gebildeten
System zur thermischen Isolation eines beheizten Maschinentischs
ist eine effektive Reduzierung der von den Oberflächen
der beheizten Maschinentische der Heißplattenpressmaschine 1 ausgehenden
Wärmeverluste möglich. Bei der praktischen Erprobung
des erfindungsgemäßen Systems konnte eine Reduktion
des zur Einstellung der erforderlichen Oberflächentemperatur
des Formwerkzeugs 20 erforderlichen Energieeinsatzes um bis
zu 40% realisiert werden. Hierdurch lassen sich nicht nur Kostenvorteile
realisieren, zugleich sinkt auch die Wärmebelastung in
der Umgebung der Heißplattenpressmaschine 1 deutlich,
so dass die Arbeitsbedingungen an der Maschine 1 wesentlich
verbessert werden.
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3 zeigt
nun in einer perspektivischen Darstellung eine erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Isolierbausteins 30,
welcher eine obere Deckplatte 32 aufweist, unterhalb der
eine Isolierschicht 35 angeordnet ist. Die Isolierschicht 35 ist
mechanisch an der oberen Deckplatte 32 festgelegt, beispielsweise
durch Verklebung mittels eines temperaturbeständigen Klebers.
Eine mechanische Verbindung kann aber auch hergestellt werden über die
weiterhin vorgesehenen Abstandshalter 40, die in 3 ebenfalls
schematisch dargestellt sind. In diesem Ausführungsbeispiel
bestehen die Abstandshalter 40 aus Maschinenschrauben 42,
welche in Gewindebohrungen eingeschraubt sind, die in der oberen
Deckplatte 32 ausgebildet sind. Zur Fixierung der Isolierschicht
können beispielsweise unterseitig der Isolierschicht 35 Muttern 46 (nicht
dargestellt) aufgeschraubt werden, welche im Material der Isolierschicht 35 versenkt
sind. Hierzu sind in der ersten Isolierschicht 35 komplementär
ausgebildete Ausnehmungen (nicht dargestellt) zur Aufnahme der Muttern 46 vorgesehen.
Die Länge L der als Abstandshalter 40 dienenden
Maschinenschrauben 42 ist dabei so bemessen, dass die sich
unterseitig der oberen Deckplatte 32 erstreckende Länge
des Schraubenschafts geringfügig kleiner bemessen ist als
die Dicke D der Isolierschicht 35. Wird der Isolierbaustein 30 gemäß dieses
Ausführungsbeispiels mit der Unterseite der Isolierschicht 35 auf
die Oberfläche 12 des Maschinentischs 10 aufgesetzt,
so tritt eine minimale Kompression der Isolierschicht 35 auf, bis
die unten liegenden Enden der Abstandshalter 40 in mechanischen
Kontakt mit der Oberfläche 12 des Maschinentischs 1 gelangen.
Sobald dieser mechanische Kontakt hergestellt ist, wird eine weitere
Kompression der Isolierschicht 35 durch die Abstandshalter
wirksam verhindert. Durch geeignete Wahl des Materials und der Abmessungen
der hier verwendeten Maschinenschrauben 40 kann der Wärmeeintrag von
der Oberfläche des Maschinentischs 10 in die obere
Deckplatte 32 wirksam beschränkt werden.
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5 zeigt
einen Schnitt durch den Isolierbaustein 30 gemäß des
ersten Ausführungsbeispiels, aus welchem zu ersehen ist,
dass sich die Schäfte der verwendeten Maschinenschrauben 42 über
die gesamte Dicke D der Isolierschicht 35 erstrecken.
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4 zeigt
einen Isolierbaustein 30 gemäß eines
zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels, welcher neben
einer oberen Deckplatte 32 und einer Isolierschicht 35 auch
eine untere Deckplatte 38 aufweist. Die Isolierschicht 35 ist
da bei zwischen der oberen Deckplatte 32 und der unteren
Deckplatte 38 liegend angeordnet. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel
stellen die Abstandshalter 40 ein mechanisches Mittel dar,
mittels welchem die obere Deckplatte 32 und die untere
Deckplatte 38 mechanisch aneinander festgelegt werden,
wobei der Abstand zwischen der oberen Deckplatte 32 und
der unteren Deckplatte 38 so gewählt ist, dass
sich eine gewisse Klemmwirkung der zwischen den Deckplatten 32, 38 eingeschlossenen
Isolierschicht 34 ergibt.
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6 zeigt
in einer Ausschnittvergrößerung aus 4 die
in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Abstandshalter 40,
welche jeweils aus einer Schraube 42 und einer koaxial
zum Schaft der Schraube 42 angeordneten Distanzhülse 48 bestehen.
Die Distanzhülse 48 ist zwischen die obere Deckplatte 32 und
die untere Deckplatte 38 eingefügt und bestimmt
deren Abstand. Dabei ist die Distanzhülse 48 so
dimensioniert und aus einem solchen Werkstoff gefestigt, dass sie
die bei der praktischen Verwendung des Isolierbausteins 30 auftretenden Klemmkräfte,
die auf die obere Deckplatte 32 einwirken, sicher aufnehmen
und auf die Oberfläche des Maschinentischs 10 übertragen
kann. Beispielsweise kann es sich um eine Hülse aus einem
thermisch nur schlecht leitfähigen metallischen Werkstoff
wie Edelstahl handeln. Aber auch Hülsen aus keramischen Werkstoffen
oder aus Kunststoffen (bei ausreichender Temperaturbeständigkeit)
können Verwendung finden. Die Maschinenschraube 42 übt
in diesem Ausführungsbeispiel die Funktion einer Spannschraube
aus, mittels der die Distanzhülse 48 unter eine
Druckspannung gesetzt wird, wodurch sich ihre mechanische Belastbarkeit
nochmals erhöht. Weiterhin ist aus dem Schnitt gemäß 6 zu
ersehen, dass sowohl der Kopf 44 der Schraube 42 als
auch die Mutter 46, welche zur Verschraubung verwendet wird,
eine solche Formgebung aufweisen, dass der Schraubenkopf 44 und
die Mutter 46 vollständig ist der oberen Deckplatte 32 bzw.
der unteren Deckplatte 38 versenkt sind. Auf diese Weise
ergeben sich vollständig plane außen liegende
Oberflächen der oberen Deckplatte 32 bzw. der
unteren Deckplatte 38, was die Handhabbarkeit des erfindungsgemäßen Isolierbausteins 30 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel erhöht.
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7 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Isolierbausteins, welches im Wesentlichen dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht,
mit dem Unterschied, dass die Isolierschicht 35 aufgeteilt
ist in eine erste Isolierschicht 34 und eine zweite Isolierschicht 36,
die unterschiedliche thermische Ei genschaften aufweisen. So weist die
angrenzend an die untere Deckplatte 38 angeordnete zweite
Isolierschicht 36 eine erhöhte Temperaturbeständigkeit
auf, ist jedoch in ihrer Isolierwirkung beschränkt. Als
Material für diese zweite Isolierschicht kommt insbesondere
ein mineralisches Produkt beispielsweise in Form einer Steinwolle
in Frage. Beispielhaft hierfür sei das unter der Bezeichnung Rockwool® vertriebene Produkt genannt. Oberhalb der
zweiten Isolierschicht 36 ist in diesem Ausführungsbeispiel
eine erste Isolierschicht 34 angeordnet, die eine geringere
Temperaturbeständigkeit, zugleich aber eine erhöhte
Isolierfähigkeit, d. h. eine geringere Wärmeleitfähigkeit,
aufweist. Als Material für die oben liegende erste Isolierungsschicht
hat sich die Verwendung eines ausgeschäumten temperaturbeständigen
Kunststoffmaterials, beispielsweise in Form des unter der Bezeichnung
Basotec® vertriebenen Produkts
bewährt.
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Gegebenenfalls
kann zur weiteren Erhöhung der thermischen Isolationsfähigkeit
der Isolierschicht vorgesehen werden, dass zwischen der ersten Isolierschicht 34 und
der zweiten Isolierschicht 36 eine dünne (in 7 nicht
dargestellte) Zwischenlage mit möglichst geringer Wärmeleitfähigkeit
angeordnet wird. Beispielsweise kann vorgesehen werden, hier eine
dünne keramische Folie einzubringen, welche sich durch
eine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit auszeichnet.
Als geeignet hierfür hat sich z. B. ein keramikbeschichtetes
Papier erwiesen, welches unter der Bezeichnung Insulfrax® vertrieben wird. Die zugleich
gegebene hohe mechanische Empfindlichkeit der keramischen Folie
ist bei der dargestellten Anordnung der Zwischenlage zwischen der
ersten Isolierschicht 34, 36 und der zweiten Isolierschicht 36 unproblematisch,
da die angrenzenden Isolierschichten die dünne keramische
Zwischenschicht zuverlässig stützen und somit
vor einer Beschädigung durch mechanische Belastung/Verformung
schützen.
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Die 8, 10 zeigen
schließlich einen Isolierbaustein 30 gemäß eines
vierten vorteilhaften Ausführungsbeispiels, bei dem der
Aufbau der Sandwichstruktur bestehend aus oberer Deckplatte 32, unterer
Deckplatte 38, erster Isolierschicht 34 und zweiter
Isolierschicht 36 im Wesentlichen dem Aufbau des aus 7 ersichtlichen
Isolierbausteins 30 gemäß des dritten
Ausführungsbeispiels entspricht. Abweichend von der Ausführungsform
gemäß 7 sind allerdings sowohl die
obere Deckplatte 32 als auch die untere Deckplatte 38 nicht
als ebene Fläche ausgebildet. Vielmehr sind sowohl die
obere Deckplatte 32 als auch die untere Deckplatte 38 U-förmig ausgebildet,
wobei die U-Profile um 90° gegenei nander verdreht ineinander
eingreifen und dabei die erste Isolierschicht 34 und die
zweite Isolierschicht 36 zwischen sich einschließen.
Die Schenkel der jeweiligen U-Profile decken dabei die umfangseitigen
Außenflächen der ersten Isolierschicht 34 und
der zweiten Isolierschicht 36 weitgehend ab, so dass diese zuverlässig
vor einer mechanischen Beschädigung geschützt
sind, wenn beispielsweise eine Mehrzahl von Isolierbausteinen 30 angrenzend
aneinander auf der Oberfläche eines Maschinentischs 10 angeordnet
und mechanisch festgelegt werden. Wie sich aus der 9,
welche einen Schnitt durch die Seitenansicht der 8 darstellt,
deutlich ergibt, wird ein unmittelbarer mechanischer Kontakt zwischen
der oberen Deckplatte 32 und der unteren Deckplatte 38 durch
Ausbildung eines Spalts vermieden. Zur Abstützung der oberen
Deckplatte 32 an der unteren Deckplatte 38 sind
wiederum Abstandshalter 40 (nicht dargestellt) vorgesehen,
die den aus 6 ersichtlichen Aufbau aufweisen.
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10 zeigt
schließlich den Isolierbaustein 30 gemäß des
vierten Ausführungsbeispiels in einer perspektivischen
Darstellung.
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11 zeigt
schließlich einen Schnitt durch einen Isolierbaustein 30 gemäß einer
fünften vorteilhaften Ausgestaltung. In dieser sind die
obere Deckplatte 32 und die untere Deckplatte 38 mit
identischer Formgebung versehen, was die Herstellungskosten minimiert.
Beide Deckplatten 32, 38 bilden jeweils eine Randabdeckung 50 aus,
die die Isolierschicht 35 randseitig teilweise abdeckt.
Die Isolierschicht 35 ist in diesem Ausführungsbeispiel
aus drei separat ausgebildeten Schichten 34, 36, 37 gebildet,
die zum Schutz vor Umwelteinflüssen (Öl, Wasser,
etc.) jeweils von einer allseitig geschlossenen Folie 39 umhüllt
sind. Bei dieser Folie 39 kann es sich eine um Öl-
und Wasserbeständige Kunststofffolie handeln, die ggf.
faserverstärkt sein kann. Alternativ hat sich auch die
Verwendung einer (Glas-)faserverstärkten Metallfolie z.
B. aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bewährt.
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In
allen Ausführungsbeispielen hat sich als besonders geeigneter
Werkstoff sowohl für die obere Deckplatte 32 als
auch für die untere Deckplatte 38 Aluminiumblech
mit der Stärke von einigen Millimetern, bevorzugt im Bereich
zwischen einem 1 mm und 10 mm, insbesondere mit einer Stärke
von 2 Millimetern erwiesen. Die Dicke D der Isolierschicht 34 hängt grundsätzlich
von den Betriebsbedingungen der thermisch zu isolierenden Heißplattenpressmaschine 1 ab,
darü ber hinaus auch vom Wärmeleitverhalten der für
die Isolierschicht verwendeten Materialien. Dennoch für
die Dicke D ein typischer Bereich von 1 bis 30 cm angegeben werden,
bevorzugt liegt die Dicke D im Bereich zwischen 5 und 15 cm.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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