DE202013104195U1

DE202013104195U1 - Vorrichtung zur Herstellung von porösen Formteilen

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Publication number: DE202013104195U1
Application number: DE201320104195
Authority: DE
Original assignee: Kurtz GmbH
Current assignee: Kurtz GmbH
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2014-12-16
Anticipated expiration: 2023-09-14

Abstract

Vorrichtung zur Herstellung von porösen Formteilen mit einem Formwerkzeug (2), das einen rohrförmigen Formraum (3) begrenzt, wobei das Formwerkzeug (2) umfasst, – eine Pinole (4) zur Begrenzung einer Innenfläche (5) des Formraums (3), – eine konzentrisch zur Pinole (4) angeordneter rohrförmiger Formkörper (6), die eine Außenfläche des Formraums (3) begrenzt, – einen Füllschieber (8), mit einem rohrförmigen Endabschnitt (19), der zwischen der Pinole (4) und dem rohrförmigen Formraum (3) derart verschiebbar aufnehmbar ist, dass der Füllschieber (8) sowohl einen Endbereich des Formraums (3) abschließen und sich im Formraum (3) befindende Partikel verdichten kann, und – ein Bodenelement (9), das den rohrförmigen Formraum (3) an einer Auswurfseite (10) begrenzt, wobei Mittel zum Zuführen von Heißgas in den Formraum des Formwerkzeugs vorgesehen sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von porösen Formteilen.
Formteile aus Partikelschaumstoff sind in Formteilprozessen herstellbar. Um derartige Schaumstoffformteile herzustellen, werden Schaumstoffpartikel aus expandierbarem Polystyrol (EPS), expandierbarem Polypropylen (EPP), expandierbarem Polyethylen (EPE) in einem Formwerkzeug eingefüllt und mittels Heißdampf erweicht, um sie unter Druck- und Hitzeeinwirkung zu versintern. Die hierbei verwendeten Schaumstoffpartikel weisen in der Regel eine Körnung von ca. 0,5 mm bis 8,0 mm auf. Die Dampftemperatur des Heißdampfes liegt im Bereich zwischen ca. 140°C bis 165°C. Nach dem Abkühlen und Stabilisieren des Formteils kann dieses entformt werden.
Auf diese Weise ist es möglich, thermoplastische Schaumstoffformteile mit einer Dichte zwischen ca. 8 kg/m³ und 400 kg/m³ und im Wesentlichen homogener Dichteverteilung über das gesamte Formteil herzustellen.
Aus der DE 10 2008 006 02 A1 geht ein Luftverteiler zum Verteilen und/oder Zusammenführen von Luftströmen mehrerer Luftführungsanschlüsse hervor. Hierbei ist vorgesehen, das Gehäuse des Luftverteilers aus expandiertem Homopolymerisat auszubilden. Bei dem Homopolymerisat handelt es sich um ein elastisches, schaumartiges Material, das sehr leicht und dennoch stabil ist, so dass ein besonders leichter Luftverteiler bereitgestellt werden kann, dessen Gehäuse die notwendige Stabilität trotz geringer Fertigungskosten aufweist.
In der DE 10 2012 019 803 A1 ist ein Verfahren und ein Schäumformwerkzeug zur Herstellung eines Partikelschaumstoff-Formteils offenbart. Das Formteil soll zumindest zwei Bereiche unterschiedlicher Dichte aufweisen und wird unter Verwendung eines Schäumformwerkzeugs hergestellt. Das Schäumformwerkzeug weist zwei oder mehre Formhälften auf, wobei sich in mindestens einer der Formhälften ein in einem Führungsabschnitt geführter Kolbeneinsatz erstreckt. Auf diese Weise begrenzen der Kolbeneinsatz und die Formhälften eine Kavität. Ein dabei verwendetes Partikelschaumstoff-Vormaterial ist Tetrapolypropylen, Polystyrol oder ein anderer schäumbarer Thermoplast. Die Energiezufuhr über Heißdampfzugabe dient dazu, die Schaumstoffpartikel an ihren Grenzflächen so weit zu erhitzen, dass sich diese stoffschlüssig mit ihren Nachbarpartikeln verbinden können.
Von der Firma Festo werden Schalldämpfer zur Geräuschminderung und Vermeidung von Verschmutzung an Entlüftungsanschlüssen von Pneumatikkomponenten angeboten und vertrieben. Diese Schalldämpfer weisen einen Filtereinsatz aus Polyethylen auf. Derartige Filtereinsätze sind durch Druckbefüllen eines Formraumes und anschließendes versintern im Autoklaven herstellbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Herstellung von porösen Formteilen bereitzustellen, mit der sich poröse Formteile kostengünstig in großer Stückzahl fertigen lassen.
Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den davon abhängigen Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Herstellung von porösen Formteilen mit einem Formwerkzeug vorgesehen. Das Formwerkzeug begrenzt einen rohrförmigen Formraum und weist eine Pinole zur Begrenzung einer Innenfläche des Formraums und einen konzentrisch zur Pinole angeordneten rohrförmigen Formkörper auf, die eine Außenfläche des Formraums begrenzt. Weiterhin weist das Formwerkzeug einen Füllschieber auf, der mit einem rohrförmigen Endabschnitt zwischen der Pinole und dem rohrförmigen Formkörper derart verschiebbar aufnehmbar ist, dass der Füllschieber sowohl einen Endbereich des Formraums abschließen und sich im Formraum befindende Partikel verdichten kann. Ein Bodenelement begrenzt den rohrförmigen Formraum an einer Auswurfseite. Weiterhin weist die Vorrichtung Mittel zum Zuführen von Heißgas in den Formraum des Formwerkzeugs auf.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein rohrförmiger Formraum geschaffen. An einer Stirnseite des Formraumes ist der Füllschieber mit seinem Endabschnitt angeordnet, der zumindest die Funktion des Verschließens einer Füllöffnung des Formraumes und die Funktion des Verdichtens der im Formraum befindlichen Partikel ausführt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Formwerkzeugen wird beim Verdichten lediglich der rohrförmige Endabschnitt der Pinole, der eine Stirnseite des rohrförmigen Formraums begrenzt, beim Verdichten verschoben. Dadurch, dass lediglich eine kleine Fläche der Begrenzungswandung des Formraumes beim Verdichten verschoben wird, können die im Formraum befindlichen Partikel sehr dosiert verdichtet werden, da die prozentuale Volumenverringerung beim Bewegen des die Stirnfläche begrenzenden Füllschiebers wesentlich geringer ist als wenn große Begrenzungsflächen aufeinander zubewegt werden würden, wie es bei herkömmlichen Formwerkzeugen der Fall ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die im Formraum befindlichen Partikel nicht zu sehr verdichtet werden. Dies erlaubt eine genaue Einstellung der Porosität des mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug hergestellten Formteils aus Partikeln bzw. Granulat.
Abgesehen vom Füllschieber ist das Formwerkzeug statisch ausgebildet, d.h. dass die Begrenzungsflächen des Formraums beim Formen des Formteils nicht bewegt werden. Weiterhin ist der Formraum vorzugsweise zum drucklosen Befüllen ausgebildet, d.h. dass zumindest im Bereich der Auswurfsseite während des Befüllens eine Öffnung vorgesehen ist, aus welcher eine Treibluft ungehindert austreten kann, sodass sich im Formraum kein Überdruck einstellen kann. Nach dem Befüllen sind die Partikel im Formraum drucklos angeordnet. Sie werden dann lediglich geringfügig mit dem Füllschieber verdichtet, sodass eine am fertigen Formteil entstehende Porosität exakt einstellbar ist.
Der Füllschieber ist vorzugsweise derart beweglich ausgebildet, dass nach dem Ausbilden des Formteils aus Partikeln das Formteil mittels des Füllschiebers an der Auswurfsseite ausgeworfen werden kann. Der Füllschieber kann somit zur Durchführung der drei Funktionen, Verschließen, Verdichten und Auswerfen, ausgebildet sein.
Auf diese Weise kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung Filter mit vorbestimmter Porosität in großer Stückzahl einfach und kostengünstig gefertigt werden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich somit rohrförmige Filter mit einer gewünschten Porosität bzw. Filterwirkung herstellen. Der Formraum muss lediglich entsprechend der gewünschten Größe und Geometrie des Filters dimensioniert werden.
In ersten Versuchen ist es gelungen Filter bzw. Filtereinsätze mit ausreichender Porosität herzustellen.
Die Filter sind vorzugsweise als Schalldämpfer zur Geräuschminderung und Vermeidung von Verschmutzung an Entlüftungsanschlüssen von Pneumatikkomponenten ausgebildet. Die Filter können auch als Filter-Schalldämpfer zur Abluftreinigung von Verunreinigungen in pneumatischen Steuerungen und zur Dämpfung von Abluftgeräuschen ausgebildet sein.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit eine Vorrichtung zur Herstellung eines Filters oder eines Schalldämpfers für Werkzeugmaschinen aus einem Kunststoff, insbesondere einem Thermoplast, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird ebenfalls mit der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Als Kunststoff ist vorzugsweise ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMW-PE) vorgesehen. Hochmolekulares PE wird z.B. von der Firma Ticona unter dem Handelsnamen GUR^® vertrieben. Der Kunststoff wird in Form von ungeschäumten Partikel bzw. Granulat bereitgestellt.
Der den Formraum begrenzende Teil der Pinole kann als Formabschnitt bezeichnet werden, wobei sich an dem Formabschnitt ein konischer Abschnitt der Pinole anschließen kann, der in einen etwa zylinderförmigen Befüllabschnitt übergeht.
Der Füllschieber kann einen rohrförmigen Verdichtungs- und Ausstoßabschnitt aufweisen, der über einen sich entgegen zur Füllrichtung verjüngenden konischen Abschnitt in einen rohrförmigen Zuführabschnitt übergeht.
Der Formraum ist zur Herstellung von Filtern mit einer Wandstärke von 1 mm bis 25 mm, bzw. von 1,5 mm bis 7 mm und insbesondere von 2 mm bis 5 mm und einer Länge von in etwa 30 mm bis 100 mm ausgebildet. Die Abmessungen des Formraum entsprechen den gewünschten Abmessungen des Filters. Das heißt, der Abstand zwischen dem Formabschnitt und dem rohrförmigen Formkörper beträgt von 1 mm bis 25 mm, bzw. von 1,5 mm bis 7 mm und insbesondere von 2 mm bis 5 mm. Der Formraum kann dementsprechend eine Länge von in etwa 30 mm bis 100 mm aufweisen.
Der Füllschieber kann im Formwerkzeug derart verschieblich ausgebildet sein, dass er in verschiedene Positionen anordbar ist.
In einer Befüllposition ist ein freies Ende des Füllschiebers derart beabstandet vom Formraum anordbar, dass zwischen dem freien Ende und dem sich verjüngenden Abschnitt der Pinole ein Ringspalt zum Befüllen des Formraums mit Partikeln ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt somit keine aufwändigen Ventile oder dergleichen, wie bei Vorrichtungen mit Druckbefüllung, sondern die Partikel können einfach mit Hilfe von Treibluft über den Ringspalt bzw. die Öffnung in den Formraum eingebracht werden. Alternativ oder zur Unterstützung der Treibluft kann durch Unterdruck im Formraum das Füllen bewerkstelligt werden. Die Partikel werden dann in die Vorrichtung gesaugt.
In einer Verdichtungsposition kann das freie Ende des Füllschiebers im Bereich zwischen dem Formabschnitt der Pinole und dem rohrförmigen Formkörper derart eingeschoben werden, dass im Formraum angeordnete Partikel verdichtet werden.
In einer Ausstoßposition kann ein freies Ende des Füllschiebers im Bereich zwischen dem Formabschnitt der Pinole und des rohrförmigen Formkörpers derart eingeführt werden, dass ein im Formraum angeordnetes Formteil, vorzugsweise ein Filter aus Partikelschaumstoff aus dem Formwerkzeug ausstoßbar ist.
Der Formraum kann eine Heißgasöffnung zum Einbringen von Heißgas in den Formraum aufweisen. Vorzugsweise weist der Formraum ober- und unterseitig mehrere radial gleich beabstandet voneinander angeordnete Heißgasdüsen auf, so dass ein Einbringen von Heißgas in den Formraum im Gegenstrom möglich ist.
Auf diese Weise kann im Formraum relativ schnell eine homogene Temperaturverteilung erreicht werden. Durch die homogene Temperaturverteilung ist es möglich, die äußeren Randbereiche der Schaumstoffpartikel mit Dampf partiell zu verschweißen, so dass diese einen rohrförmigen, porösen Filter mit gleichmäßiger Porosität ausbilden.
Alternativ oder auch zusätzlich können auch radial in dem rohrförmigen Formkörper und/oder in der Pinole sich in den Formraum erstreckende Lanzen angeordnet sein, um das Heißgas in den Formraum Einzubringen und, um im Formraum ein homogenes Temperaturprofil bzw. ein gleichmäßige Wärmeinbringung zu realisieren.
Zwischen einem den Formraum begrenzenden Bodenelement und dem Formraum kann ein gasdurchlässiges Filterelement angeordnet sein. Das Filterelement ist zum Zurückhalten von Partikeln beim Befüllen des Formraums und zum Durchlassen von Treibluft und Heißgas ausgebildet.
Der rohrförmige Formkörper und/oder der Formabschnitt der Pinole können mit einer Kühleinrichtung zum Kühlen eines im Formraum angeordneten Werkstücks versehen sein.
Weiterhin kann die Vorrichtung eine Steuereinrichtung aufweisen. Die Steuereinrichtung steuert die Komponenten der Vorrichtung derart an, dass der Füllschieber in die Befüllposition verschoben wird, über die Treibdüse Treibluft in den in den Befüllraum derart einbringbar ist, dass die Partikel in den Befüllraum transportierbar sind und über den Ringspalt zum Befüllen des Formraums in den Formraum transportierbar sind. Weiterhin wird der Füllschieber in eine Verdichtungsposition verschoben, sodass die Partikel im Formraum komprimiert werden, und über die Öffnungen Heißluft in den Formraum einbringbar ist, der Formraum mittels der Kühleinrichtung kühlbar ist, und der Füllschieber relativ zum Formraum derart verschoben wird, dass ein im Formraum angeordnetes Formteil aus dem Formraum ausstossbar ist.
Die Steuereinrichtung kann die Kühleinrichtung auch derart ansteuern, dass der Formraum vor und/oder während und/oder nach dem Beheizen kühlbar ist wird.
Das Kühlen kann dazu verwendet werden die Temperatur im Formraum während des Einbringens des Heißgases konstant zu halten und/oder insbesondere dazu, das Formteil abzukühlen.
Mit der Vorrichtung zur Herstellung von porösen Formteilen bzw. von porösen Filter- und Schalldämpfereinsätzen ist ein Taktzyklus mit einer Zykluszeit kleiner 5 Minuten realisierbar.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in:
1 Eine Teilansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Formwerkzeugs in einer seitlich geschnittenen Ansicht, in der ein Füllschieber in einer Befüllposition angeordnet ist,
2 das Formwerkzeug aus 1, wobei der Füllschieber in einer Verdichtungsposition angeordnet ist, und
3 das Formwerkzeug aus 1, wobei der Füllschieber in einer Ausstoßposition angeordnet ist.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Herstellung von porösen Formteilen mit einem Formwerkzeug 2 erläutert. Das Formwerkzeug 2 begrenzt einen rohrförmigen Formraum 3 (1 bis 3).
Das Formwerkzeug 2 umfasst eine aus einem rohrförmigen Körper ausgebildete Pinole 4 zur Begrenzung einer Innenfläche 5 des Formraums 3. Eine Außenfläche 7 des Formraums 3 ist durch einen konzentrisch zur Pinole 4 angeordneten rohrförmigen Formkörper 6 begrenzt.
Weiterhin ist ein Füllschieber 8 vorgesehen, der zwischen der Pinole 4 und dem rohrförmigen Formkörper 6 verschiebbar aufnehmbar ist. Auch der Füllschieber 8 ist aus einem rohrförmigen Körper ausgebildet.
Ein Bodenelement 9 begrenzt den Formraum 3 an einer Auswurfseite 10.
Der rohrförmige Formraum 3 wird somit an seiner inneren Mantelfläche von einem Formabschnitt 11 der rohrförmigen Pinole 4, an seiner äußeren Mantelfläche von dem rohrförmigen Formkörper 6, an einer Stirnseite vom Bodenelement 9 und an der gegenüberliegenden Stirnseite von einem Endabschnitt 19 des Füllschiebers 8 begrenzt. Im Bereich des Endabschnittes 19 des Füllschiebers 8 werden im Betrieb Partikel in den Formraum 3 eingefüllt und das fertige Formteil wird an der Auswurfsseite 10 ausgeworfen. Die Richtung von einer Einführseite 34 zur Auswurfsseite 10 wird deshalb als Füllrichtung bzw. Auswurfrichtung 33 bezeichnet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die rohrförmige, rotationssymmetrische Pinole 4 mit einem zylindrischen Formabschnitt 11 ausgebildet, an den sich entgegen der Füllrichtung 33 ein konischer Abschnitt 12 anschließt, der sich entgegen zur Füllrichtung verjüngt. Der konische Abschnitt 12 geht in einen zylinderförmigen Befüllabschnitt 13 über.
Im konischen Abschnitt 12 ist in etwa im Bereich zum Übergang zum Formabschnitt 11 zumindest eine Rückblasöffnung bzw. -düse 14 vorgesehen.
Die Pinole 4 ist konzentrisch von dem rohrförmigen Formkörper 6 umgeben. Der rohrförmige Formkörper 6 erstreckt sich in Füllrichtung 33 über zumindest den gesamten Formabschnitt 11 der Pinole 4, wobei der Formkörper vorzugsweise sich auch bis in den Bereich des Befüllabschnittes 13 der Pinole 4 erstreckt.
In etwa auf Höhe des konischen Abschnitts 12 der Pinole 4 sind in dem rohrförmigen Formkörper radial umlaufend und etwa gleich beabstandet voneinander mehrere Heißgasöffnungen bzw. -düsen 16 zum Einbringen von Heißgas bzw. -dampf in den Formraum 3 ausgebildet. Als Heißgas ist vorzugsweise Wasserdampf vorgesehen.
Der Füllschieber 8 weist einen zylinderförmigen Verdichtungs- und Ausstoßabschnitt 15 auf, der über einen sich entgegen zur Füllrichtung 33 verjüngenden konischen Abschnitt 17 in einen zylinderförmigen Zuführabschnitt 18 übergeht.
Ein in Richtung zur Auswurfseite 10 weisender Endabschnitt 19 des Verdichtungs- und Ausstoßabschnitts 15 des Füllschiebers 8 weist an seiner Innenfläche einen inneren Dichtring 20 zum Abdichten des Füllschiebers 8 gegenüber dem Formabschnitt 11 der Pinole 4 auf. Weiterhin weist der Endabschnitt 19 einen äußeren Dichtring 21 zum Abdichten des Füllschiebers 8 gegenüber dem rohrförmigen Formkörper 6 auf.
Der Abstand zwischen der Innenfläche 5 des Formwerkzeugs 6 und dem Verdichtungs- und Ausstoßabschnitt 15 des Füllschiebers 8 ist vorzugsweise kleiner 0,1 mm. Über den dadurch ausgebildeten Ringspalt ist Heißgas aus den Heißgasdüsen 16 in den Formraum 3 einbringbar.
Vorzugsweise weist der Endabschnitt 19 des Füllschiebers 8 außenseitig sich in Richtung Auswurfseite 10 erstreckende Nuten oder eine umlaufende Ausnehmung 22 auf, die entsprechend im Bereich der Heißgasöffnungen derart angeordnet ist, dass Heißgas von den Heißgasdüsen 16 über die Ausnehmung bzw. Nuten 22 in den Formraum einbringbar ist. Die Ausnehmung bzw. Nuten können mit einem porösen, dampfdurchlässigen Material oder einem Vlies aufgefüllt werden und so gegen eindringen von Kunststoffpartikeln geschützt werden.
Im Bereich des konischen Abschnitts 17 des Füllschiebers 8 sind im Füllschieber 8 radial umlaufend in etwa gleich beabstandet voneinander Treibluftdüsen 23 ausgebildet.
Der Füllschieber 8 ist mittels einer Verfahreinrichtung (nicht dargestellt) entlang einer Längsachse bzw. in und entgegen zur Füllrichtung 33 des Formwerkzeugs 2 verfahrbar.
Der Zwischenbereich zwischen dem Zuführabschnitt des Füllschiebers 8 und dem Befüllabschnitt 13 der Pinole 4 bildet eine ringförmige Einfüllöffnung 30, die mit einem Materialbehälter (nicht dargestellt) in kommunizierender Verbindung steht.
Im Bereich der Auswurfsseite 10 ist der Formraum 3 von dem Bodenelement 9 begrenzt. Im Bodenelement 9 sind im Bereich des Formraums radial umlaufend und vorzugsweise gleichbeabstandet voneinander mehrere Heißgasdüsen 25 vorgesehen.
Zwischen den auswurfsseitigen Enden der Pinole 4, dem rohrförmigen Formkörper 6 und dem Bodenelement 9 ist ein gasdurchlässiges Filterelement 24 vorgesehen. Das Filterelement 24 ist derart ausgebildet, dass es Partikel zurückhält und für über die Bodenwandung eingebrachtes Heißgas durchlässig ist. Das Filterelement 24 ist vorzugsweise ein Vlies, ein Filtergewebe, ein Sieb oder ein anderes geeignetes Filtermittel.
Das Bodenelement 9 ist mittels einer Hub-/Senkeinrichtung (nicht dargestellt) absenkbar, sodass ein Ausstoßen von Formteilen aus dem Formraum 3 möglich ist.
An dem rohrförmigen Formkörper 6 ist außenseitig eine Kühleinrichtung 26 vorgesehen. Die Kühleinrichtung 26 ist zum Kühlen des Formraums bzw. eines im Formraum angeordneten Werkstücks ausgebildet. Als Kühleinrichtung ist z.B. ein Peltierelement oder ein Wärmetauscher vorgesehen. Die Kühleinrichtung kann auch in Form von Kühlrippen ausgebildet sein, die mittels eines Gebläses mit Kühlluft oder mit flüssigem Kühlmittel, insbesondere Wasser, beaufschlagt werden.
Der Füllschieber 8 ist im Formwerkzeug derart in Axialrichtung der rohrförmigen Elemente 4, 6, 8 verschieblich ausgebildet, dass er eine Befüllposition (1), eine Verdichtungsposition (2) und eine Ausstoßposition (3) einnehmen kann.
In der Befüllposition (1) ist das freie Ende bzw. der Endabschnitt 19 des Füllschiebers entgegen der Befüllrichtung 33 ein Stück aus dem Formraum 3 herausgezogen, so dass zwischen dem Endabschnitt 19 und dem konischen Abschnitt 12 der Pinole 4 ein Ringspalt 28 zum Befüllen des Formraums mit Schaumstoffpartikeln ausgebildet ist.
In der Befüllposition ist im Bereich zwischen dem sich verjüngenden Abschnitt 17 und dem Verdichtungs- und Ausstoßabschnitt 15 des Füllschiebers 8 und dem Befüllabschnitt 13 und dem konischen Abschnitt 12 der Pinole 4 ein Befüllraum 29 ausgebildet. Über die Befüllöffnung 30 sind die Partikel in den Befüllraum 29 einbringbar.
In der Verdichtungsposition ist das freie Ende des Füllschiebers 8 im Bereich zwischen dem Formabschnitt 11 der Pinole 4 und dem rohrförmigen Formkörper 6 derart einschiebbar, dass im Formraum 3 angeordnete Partikel komprimiert werden.
In der Ausstoßposition ist das freie Ende des Füllschiebers 8 im Bereich zwischen dem Formabschnitt 11 der Pinole 4 und dem rohrförmigen Formkörper 6 derart anordbar, dass ein im Formraum 3 angeordnetes Werkstück aus dem Formwerkzeug 2 ausstoßbar ist.
Die Treibluftdüsen 23 des Formwerkzeugs 2 sind mit einer Drucklufteinrichtung (nicht dargestellt) zum Einbringen von Treibluft in den Befüllraum 29 verbunden. Die Treibluft reißt die Partikel im Befüllraum 29 mit und bringt dies in den Formraum 3 ein.
Die Heißgasdüsen 16, 25 sind mit einem Mittel (nicht dargestellt) zum Einbringen von Heißgas in den Formraum 3 des Formwerkzeugs 2 verbunden. Diese Mittel zum Einbringen von Heißgas ist typischerweise ein Dampfgenerator zum Erzeugen von trockenem gesättigten Wasserdampf.
Die Rückblasdüse 14 ist mit einer Drucklufteinrichtung verbunden, um Partikel aus dem Befüllraum 29 auszutreiben. Es können auch mehrere radial umlaufend und etwa gleich beabstandet voneinander angeordnete Rückblasdüsen 14 vorgesehen sein.
Weiterhin ist eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen, die zum Ansteuern der einzelnen Komponenten der Vorrichtung 1 ausgebildet ist. Die Funktion der Steuereinrichtung wird im Folgenden näher beschrieben.
Zunächst wird der Füllschieber 8 in der Befüllposition angeordnet. Über die Treibluftdüse 23 wird Treibluft in den in den Befüllraum derart eingebracht, dass Schaumstoffpartikel in den Befüllraum 29 transportiert werden und über den Ringspalt 28 zum Befüllen des Formraums 3 in den Formraum geführt wird.
Dann wird der Füllschieber 8 in der Verdichtungsposition angeordnet, sodass die Schaumstoffpartikel im Formraum 3 verdichtet werden. Über die Heißgasdüsen 16, 25 wird. Wasserdampf in den Formraum 3 eingebracht. Zunächst wird der Formraum 3 lediglich in einer Richtung (In oder entgegen zur Füllrichtung 33) mit Wasserdampf durchströmt, so dass aus den Zwischenräumen zwischen den Partikeln Luft ausgetrieben wird und vollständig durch Wasserdampf ausgetauscht wird. Dann wird dem Formraum 3 von beiden Richtungen Wasserdampf zugeführt.
Auf diese Weise wird der Randbereich der Partikel aufgeschmolzen und die Partikel haften aneinander an bzw. verkleben derart dass zwischen den einzelnen Partikeln Freiräume vorbestimmter Größe ausgebildet werden. Die Partikel werden somit partiell verschweißt, so dass ein poröses Formteil entsteht.
Der Formraum 3 wird dann mittels der Kühleinrichtung 26 gekühlt, um das im Formraum 3 ausgebildete Formteil abzukühlen. Dadurch wird das Formteil verfestigt und erhält seine endgültige Struktur.
Anschließend wird das Bodenelement 9 abgesenkt.
Dann wird der Füllschieber 8 weiter in Auswurfrichtung 33 verschoben, sodass das im Formraum 3 angeordnete Formteil 3 aus dem Formraum ausgestoßen wird.
Die Steuereinrichtung kann die Kühleinrichtung 26 auch derart ansteuern, dass der Formraum 3 vor und/oder während und/oder nach dem Beheizen gekühlt wird.
Das Kühlen kann somit dazu verwendet werden, um die Temperatur im Formraum während des Einbringens des Heißgases konstant zu halten und/oder insbesondere dazu, das Formteil abzukühlen.
Bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel wird das Bodenelement 9 abgesenkt. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, das Bodenelement mittels einer Verschiebeinrichtung seitlich zu verschieben, um den Formraum 3 zu öffnen.
An Stelle der zylinderförmigen Abschnitte des Formraums 3 können diese auch andere Formen, insbesondere eine sich in Richtung zur Auswurfseite 10 hin konisch aufweitende Form aufweisen. Prinzipiell sind alle Formen möglich, die keine Hinterschnitte oder dergleichen aufweisen, welche ein Auswerfen des Formteils verhindern würden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst das Formwerkzeug 2 mehrere Formräume 3 und entsprechnd mehrere Füllschieber 8. Die Formräume 3 sind demgemäß durch mehrere Pinole 4 und mehrere rohrförmige Körper 6 ausgebildet.
Mit einer solchen Vorrichtung sind in einem Zyklus mehrere poröse Formteile gleichzeitig herstellbar.
Ein solches Formwerkzeug 2 wird als Mehrfachformwerkzeug bezeichnet.
Bei eine solchen Mehrfachwerkzeug 2 ist vorgesehen, dass die Füllschieber 8 miteinander mechanisch derart verbunden sind, dass sie vorzugsweise synchron, oder aber auch sequentiell, betätigbar sind.
Eine derart ausgebildete Vorrichtung hat den Vorteil, dass die entsprechenden Ventile für die Heißgasdüsen und/oder die Rückblasdüsen und/oder die Treibluftdüsen zusammengefasst werden können.
Dadurch vereinfacht sich der Aufbau und insbesondere die Ansteuerung der Vorrichtung mittels der Steuereinrichtung. Die entsprechenden Formteile sind schneller und vor allem kostengünstiger herstellbar. Somit sind eine Vielzahl von Formteilen mit einem derartigen Mehrfachformwerkzeug in einem Zyklus herstellbar.
Durch Einfüllen von unterschiedlichen Partikelkörnungen und/oder unterschiedlichen miteinander versinterbaren Materialien in Schichten können Formteile mit partiell unterschiedlichen Eigenschaften/Farben hergestellt werden. Die einzelnen Schichten können dabei entweder jeweils für sich in mehreren aufeinanderfolgenden Füll- und Bedampfungsschritten „sequentiell“ verschweißt werden oder nach dem Einfüllen mehrerer Schichten in einem Schritt (alle Schichten gleichzeitig) verschweißt werden.
Für ein solches Verfahren sind an der Einfüllöffnung mehrere Materiabehälter vorgesehen, die unabhängig voneinander geöffnet werden können, so dass die unterschiedlichen Materialien unabhängig voneinander dem Formraum zugeführt werden können.
Durch Überhitzen von bestimmten Abschnitten des Formteils, zum Beispiel der Endstücke des Formteils, können auch sehr stabile Bereiche mit geringer Porosität des Formteils hergestellt werden. Diese festen Abschnitte sind für Befestigungen oder als Versteifungen geeignet.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Formwerkzeug
3: Formraum
4: Pinole
5: Innenfläche
6: rohrförmiger Formkörper
7: Außenfläche
8: Füllschieber
9: Bodenelement
10: Auswurfseite
11: Formabschnitt
12: konischer Abschnitt
13: Befüllabschnitt
14: Rückblasdüse
15: Verdichtungs- und Ausstoßabschnitt
16: Heißgasdüse
17: sich verjüngender Abschnitt
18: Zuführabschnitt
19: Endabschnitt
20: innerer Dichtring
21: äußerer Dichtring
22: Ausnehmung
23: Treibluftdüse
24: Filterelement
25: Heißgasdüse
26: Kühleinrichtung
28: Ringspalt
29: Befüllraum
30: Einfüllöffnung
33: Befüllrichtung bzw. Auswurfrichtung
34: Einführseite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10200800602 A1 [0004]
DE 102012019803 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Herstellung von porösen Formteilen mit einem Formwerkzeug (2), das einen rohrförmigen Formraum (3) begrenzt, wobei das Formwerkzeug (2) umfasst, – eine Pinole (4) zur Begrenzung einer Innenfläche (5) des Formraums (3), – eine konzentrisch zur Pinole (4) angeordneter rohrförmiger Formkörper (6), die eine Außenfläche des Formraums (3) begrenzt, – einen Füllschieber (8), mit einem rohrförmigen Endabschnitt (19), der zwischen der Pinole (4) und dem rohrförmigen Formraum (3) derart verschiebbar aufnehmbar ist, dass der Füllschieber (8) sowohl einen Endbereich des Formraums (3) abschließen und sich im Formraum (3) befindende Partikel verdichten kann, und – ein Bodenelement (9), das den rohrförmigen Formraum (3) an einer Auswurfseite (10) begrenzt, wobei Mittel zum Zuführen von Heißgas in den Formraum des Formwerkzeugs vorgesehen sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der Pinole (4) der den Formraum (3) begrenzt als Formabschnitt (11) bezeichnet wird, wobei sich an den Formabschnitt (11) ein konischer Abschnitt (12) der Pinole (4) anschließt, der in einen etwa zylinderförmigen Befüllabschnitt (13) übergeht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllschieber (8) einen rohrförmigen Verdichtungs- und Ausstoßabschnitt (15) aufweist, der über einen sich entgegen einer Befüllrichtung (33) verjüngenden Abschnitt (17) in einen rohrförmigen Zuführabschnitt (18) übergeht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllschieber (8) im Formwerkzeug (2) derart verschieblich ausgebildet ist, dass er eine der folgenden Positionen einnehmen kann, eine Befüllposition, in der ein freies Ende des Füllschiebers (8) entgegen einer Befüllrichtung (33) ein Stück aus dem Formraum (3) herausziehbar ist, dass zwischen dem freien Ende und dem konischen Abschnitt (12) der Pinole (4) ein Ringspalt (29) zum Befüllen des Formraums (3) mit Partikeln ausgebildet ist, eine Verdichtungsposition, in der ein freies Ende des Füllschiebers (8) im Bereich zwischen dem Formabschnitt (11) der Pinole (4) und dem rohrförmigen Formkörper (6) derart anordbar ist, dass im Formraum (3) angeordnete Partikel komprimierbar sind, und eine Ausstoßposition in der ein freies Ende des Füllschiebers (8) im Bereich zwischen dem Formabschnitt (11) der Pinole (4) und dem rohrförmigen Formkörper (6) derart anordbar ist, dass ein im Formraum (3) angeordnetes Werkstück aus dem Formwerkzeug (2) ausstoßbar ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endabschnitt (15) des Verdichtungs- und Ausstoßabschnitts (15) des Füllschiebers (8) an seiner Innenfläche einen inneren Dichtring (20) zum Abdichten des Füllschiebers (8) gegenüber dem Formabschnitt (11) der Pinole (4) aufweist und einen äußeren Dichtring (21) zum Abdichten des Füllschiebers (8) gegenüber dem rohrförmigen Formkörper (6) aufweist, wobei die Dichtringe (20, 21) derart angeordnet sind, dass wenn das Füllschieberelement (8) in der Verdichtungsposition angeordnet ist der äußere Dichtring (21) den Füllschieber (8) gegenüber dem rohrförmigen Formkörper (6) und der innere Dichtring (20) den Füllschieber gegenüber dem Formabschnitt (11) der Pinole (4) abdichtet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verdichtungsposition im Bereich zwischen dem äußeren Dichtring (21) und dem rohrförmigen Formkörper (6) eine Ausnehmung vorgesehen ist, die sich in den Formraum erstreckt, und im Bereich einer Ausnehmung (22) zumindest eine Heißgasdüse zum Einbringen von Heißgas in den Formraum (3) ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bodenelement (9) und dem Formraum (3) ein gasdurchlässiges Filterelement (24) zum Zurückhalten von Partikeln angeordnet ist und in der Bodenwandung (9) zumindest eine Heißgasdüse (25) zum Einbringen von Heißgas über den Filter (24) in den Formraum (3) ausgebildet ist, wobei das Filterelement (24) vorzugsweise ein Vlies, ein Filtergewebe, ein Sieb oder ein anderes geeignetes Filtermittel ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmigen Formkörper (6) und/oder der Formabschnitt (11) der Pinole (4) mit einer Kühleinrichtung (26) zum Kühlen eines im Formraum (3) angeordneten Formteils vorgesehen sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im konischen Abschnitt (12) der Pinole (4) zumindest eine und vorzugsweise radial umlaufend mehrere gleichbeabstandet voneinander angeordnete Treibluftdüsen (23) zum Einbringen eines Treibmediums, wie z.B. Luft, vorgesehen sind, so dass ein Füllen des Befüllraums (29) und des Formraums (3) mit Partikeln möglich ist, wenn der Füllschieber (8) in der Befüllposition angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Befüllraum (29) eine Rückblasdüse (14) derart angeordnet ist, dass wenn der Füllschieber (8) in der Verdichtungsposition angeordnet ist, alle im Befüllraum (25) verbliebenen Partikel aus diesem austragbar sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass radial umlaufend gleichbeabstandet voneinander in dem rohrförmigen Formkörper (6) und im Bodenelement (9) mehrere Heißgasdüsen (25) zum Zuführen von Heißgas derart angeordnet sind, dass im Formraum (3) angeordnete Partikel gleichmäßig erwärmbar sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (2) als Mehrfachformwerkzeug mit mehreren Formräumen (3) und mehreren Füllschiebern (8) ausgebildet ist, wobei das Mehrfachformwerkzeug entsprechend mehrere Pinole (4) und mehrere rohrförmige Körper (6) zur Ausbildung der Formräume (3) umfasst, so dass in einem Zyklus gleichzeitig mehrere poröse Formteile herstellbar sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die die Komponenten der Vorrichtung derart ansteuert, dass der Füllschieber (8) in die Befüllposition verschoben wird, über die Treibluftdüse (23) Treibluft in den in den Befüllraum (29) derart einbringbar ist, dass Partikel in den Befüllraum (29) transportierbar sind und über den Ringspalt (28) zum Befüllen des Formraums (3) in den Formraum (3) transportierbar sind, und der Füllschieber (8) in eine Verdichtungsposition verschoben wird, sodass die Partikel im Formraum (3) komprimiert werden, und über die Heißgasdüsen (25) Heißgas in den Formraum (3) einbringbar ist, der Formraum (3) mittels der Kühleinrichtung (26) kühlbar ist, und der Füllschieber (8) relativ zum Formraum (3) derart verschoben wird, dass ein im Formraum (3) angeordnetes Formteil aus dem Formraum (3) ausstossbar ist
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die Kühleinrichtung (26) derart ansteuert, dass vor und/oder während und/oder nach dem Beheizen des Formraums (3) dieser gekühlt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die ein Erhitzen des porösen Formteils derart steuert, dass bestimmte Abschnitte aufschmelzen und beim Abkühlen zu starren Abschnitten mit geringer Porosität erstarren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Materialbehälter zum Vorhalten und Zuführen unterschiedlicher Kunststoffmaterialien zum Formraum vorgesehen sind.