DE2256472C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von elastischen Formkörpern aus vorgeschäumten thermoplastischen Kunstharz perlen - Google Patents

Description

Form transportiert werden, was zumindest bei komplizierteren Normteilen kaum durchführbar ist und möglicherweise zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Schaum-Raumgewichtcs im Formkörper führt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein betriebssicheres Verfahren zur Herstellung homogen zusammengesetzter, elastischer Formkörper zu entwickeln, das auch bei komplizierten Teilen anwendbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs I gelöst.

Die Funktionsweise des Verfahrens soll an Hand der in der Figur dargestellten, als Ausführungsbeispiel anzusehenden Apparatur zur Herstellung elastischer Formkörper diskutiert werden.

Die Apparatur weist einen Kolben 1 auf, dessen Kolbenstangel z.B. durch ein Hydraulik-System in dem Zylinder 3 auf- und abbewegt werden kann. Der Zylinder weist seitlich eine Einfüllöffnung 4 auf. An sein unteres Ende ist die Form 5 mit leicht lösbaren Klammem gasdicht angeflanscht. Bei hoehgezogenem Kolben wird durch die Einfüllöffnung -¹ die auf das Formvolumen und die gewünschte Dichte abgestimmte Menge des Schaumgranulats 6 eingefüllt. Granulat, Apparatur und Form sind so weit vorgewärmt, daß das Granulat gerade noch keine Klcbneigung zeigt. Durch Öffnen des Ventils 7 wird der Kolben in die gewünschte Ausgangsstellung gefahren. Der Abstand« zwischen Granulatoberfläche und Kolbenunterseite ergibt sich aus dem Verhältnis der Kompressibilitäten des Granulats und des Gases im Zylinder auf Grund der Forderung, daß das Granulat bei heruntergefahrenem Kolben soweit komprimiert sein muß, daß es in loser Schüttung die Form ausfüllt. Im nächsten Arbeitsgang wird der Kolben aus dieser Ausgangsstellung mit geschlossenem Ventil 7 bis an die Formoberkante heruntergefahren. Während dieses Arbeitsganges sollte die Form, wenn sie komplizierter gestaltet ist, Kreisbewegungen ausführen, damit d^:: seillichen Teile vollständig gefüllt werden, was z. B. durch einen Rüttler und eine entsprechend weiche Aufhängung der gesamten Apparatur erreicht werden kann.

Unter dem Kolben befindet sich — z. B. magnetisch befestigt — ein gasdurchlässiger Deckel 8. der im untere;; Endpunkt der Kolbenbewcgung die Einfüllöffnung der Form vcischließt und in dieser Position, z. B. durch Sperrklinken, festgehalten wird.

Die durch die Abwärtsbewegung des Kolbens hervorgerufene Verdichtung des Zylinder- und Forminhaltes, führt zu einer adiabatischen Erwärmung des Gasinhaltcs, wodurch wieder das thermoplastische Material, dessen Temperatur knapp unterhalb des Schmelzpunktes lag, über den Schmelzpunkt hinaus erwärmt und damit klebfähig wird.

Für den nächsten Verfahrensschritt, das Entspannen, bestehen /wci Möglichkeiten. Im ersten Fall wird der Kolben in die Ausgangslage zurückgeführt, wodurch das in der Form befindliche Gas durch den nunmehr die Form verschließenden, gasdurchlässigen Deckel 8 in den Zylinder hinein entweicht, das Granulat expandiert, die Form vollständig ausfüllt Und dabei miteinander verschweißt. Die Form kann in diesem Fall sofort vom Zylinder getrennt werden und an anderer Stelle abkühlen, bis der Formkörper so weit stabilisiert ist, daß er ausgeformt werden kann. Die Apparatur steht für den nächsten Füllvorgang sofort wieder zur Verfügung.

Im zweiten Fall erfolgt die Entspannung in der unteren Endstellung des Kolbens durch öffnen dea Ventils 7, das nach beendetem Entspannungsvorgang sofort wieder verschlossen wird. Die darauf folgende Aufwärtsbewegung des Kolbens führt dann zur Ausbildung von Unterdruck in Form und Zylinder, wodurch insbesondere bei leichten Raumgewichten der Vorgang des Füllens und Verschweißens wesentlich unterstützt werden kann. In diesem Fall muß die

ία Form mit dem Zylinder verbunden bleiben, bis der gewünschte Effekt erzielt ist.

Gegenüber dem in F i g. I skizzierten Verfahren sind bei Beibehaltung des Prinzips selbstverständlich eine Reihe von Varianten denkbar. So ist es beispielsweisc für bestimmte Arten von Formkörpern zweckmäßig, die Füllung der Form nicht von oben nach unten, sondern von unten nach oben vorzunehmen, wobei es möglich wäre, die Apparatur noch weiter zu vereinfachen. Prinzipiell weist dieses Ver-

fahren gegenüber den eingangs skiz'^:erten, bekannten Verfahren eine Reihe von zum i<"\\ entscheidenden Vorteilen auf.

1. Die genaue Materialdosierung gestaltet sich jehr einfach.

2. Die Kombination von Kompression, Füllung und Erwärmung reduziert die Dauer der Erwärmung des thermoplastischen Materials über den Schmelzpunkt hinaus auf ein Minimum und gewährleistet damit schonendste thermische Materialbehandlung.

3. Die Zuführung der letzten, die Erwärmung der Oberfläche bewirkenden Wärmemengen durch adiabatische Kompression gewährleistet gleichmäßige Erwärmung im gesamten Volumen, weil die Wärme an Ort und Stelle entsteht und nicht durch Strömung zugeführt werden muß. Bei Wärmezuführung durch Strömung werden immer die zuerst durchströmten Schichten stärker erwärmt als die dahinterliegenden.

4. Die Formen sind einfach gestaltet und wirtschaftlich herzustellen. Doppelwandigkeit und Perforation sind nicht erforderlich.

5. Die Taktzeiten sind sehr kurz, die Fiilirorrichtung ist sofort nach erfolgter Entspannung wieder cinsetzbar. Eine Umstellung auf andere Formen und damit andere Volumina bereitet keine Schwierigkeiten.

6. Das Einfüllen des Rohmaterials in die Form wird dadurch wesentlich erleichtert, daß es nicht klebt, und daß die Granulatdurchmesser während des Füllvorganges kontinuierlich kleiner werden. Letzteres führt dazu, daß der Transportvorgang z. B. in einem zylindrischen Formteil vergleichbar ist dem Fließen eines Granulats mit konstantem Korndurchmesser in einem sich konisch erweiternden Trichter. Durch das sich ständig verkleinernde Granulat werden Brückenbildungen, die das Fließen hemmen, praktisch ausgeschlossen.

7. Die Möglichkeit, die Expansion des Granulats durch die ohne zusätzlichen Aufwand mögliche. Anwendung von Unterdruck unterstützen zu/ können, erleichtert die Herstellung von For-mkörpern geringen Rauriigewichtes.

Mit der Anwendung des geschilderten Verfahrens lassen sich eine Reihe von Maßnahmen verbinden, deren Ziel es ist, das Produkt zu Verändern und zu

verbessern. So können beispielsweise Füllstoffe oder Fasern dem Granulat zugesetzt werden, damit das an sich gesehlossenzellige Produkt porös wird oder Feuchtigkeit aufnehmen kann. Ebenso kann auf diese Weise die Härte oder Elastizität des Produktes beeinflußt werden. Es ist ferner möglich, die Verschweißung durch vorher auf das Granulat aufgebrachte thermoplastische Haftmassen zu verbessern. Eine Erhöhung der Wärmezufuhr während des Κοίτη pressionsvorganges bei gleichzeitiger Verbesserung der Verschweißüng ist möglich, svcnn Zylinder und Form zum Teil mit Lösungsmitteldümpfcn gefüllt werden, die bei der Kompression an der Oberfläche des Granulats kondensieren, dabei ihre Kondensationswärme abgeben und zugleich die Oberfläche anlösen.

Will man zusätzlich zur Federung des in den Schaumstoff eingeschlossenen Luftvolumens auch eine Daucrclastizüät erzielen, so ist es notwendig, die verwendeten thermoplastischen Schaumstoffe zu vcrnetzen. Eine nachträgliche Vernetzung des fertigen Schaumstoff-Formleiles ist nach dem Stand der Technik nur mit Strahlen möglich und wegen der z.B. bei Elektronenstrahlen zu geringen Eindringtiefe wenig wirkungsvoll. Vernetzt man das Granulat vor der Verschweißung, so wird dessen Thermoplastizitäl und Klcbfähigkeit beeinträchtigt.

In gewissen Grenzen ist es jedoch möglich, die Schrittkombination Kompression, Füllung und Erwärmung auch noch mit einer chemischen Vernetzung zu kombinieren, indem man das Vernetzungsmittel vor der Formkörpcr-Herslcllung auf das kalte Granulat aufbringt. Der Vernetzungsprozeß läuft dann parallel mit der Erwärmung, findet also weitgehend erst im fertigen Formkörper statt.

Als Rohmaterial für die Herstellung elastischer Formkörper nach dem beschriebenen Verfahren sind alle thermoplastischen Stoffe geeignet, aus denen elastische Schaumgranulatc hergestellt werden können, insbesondere thermoplastische Kunslstoffe und unter diesen besonders Polyolefine. Die erzicibaren Raumgewichte der Formkörper richten sich nach dem Ausgangsmaterial und betragen minimal etwa 200 °/o des Schüttgewichtes des verwendeten Granulats. Die Korngröße des verwendeten Granulats richtet sich nach der Gestalt des herzustellenden Formkörpers. Um den Wärmebedarf für die Verschweißung zu reduzieren, sollte der Durchmesser der Schaumtcilchen so groß wie möglich gewählt werden, doch sollte ein Eindringen der Schaumteilchen in komprimiertem Zustand" in die engsten Stellen der Formwandung ohne Schwierigkeiten möglich sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 in einer Form, wobei das vorgeschäumte, kompri- Patentansprüche: miertc Granulat erwärmt und entspannt wird und bei der Entspannung den Forminnenraum vollständig

1. Verfahren zum Herstellen von elastischen ausfüllt und zu einem Sehaumstoffkörper ver-Schaumstoffkörpern durch thermische Verschwel·- 5 schweißt.

ßung oder Verklebung eines thermoplastischen Die Herstellung von Formkörpern aus geschäum-

Kunstharzgranulats in einer Form, wobeii das ten Kunstharzgranulaten ist vom Polystyrol her bevorgeschäumte, komprimierte Granulat eingefüllt, kannt. Man füllt die auszuschäumende Form mit loerwärmt und entspannt wird und bei der Entspan- sem geschäumtem Granulat und nutzt die vorv.andenung den Forminnenraum vollständig ausfüllt « nen Reste des flüssigen Treibmittels zu einem wcite- und zu dem Schaumstoffkörper verschweißt, d a - ren Schäumprozeß aus, indem man das Granulat durch gekennzeichnet, daß das noch z. B. durch Dampfstoß erwärmt und damit gleichzeinicht komprimierte, vorgeschäumte Granulat in tig die Form vollständig ausfüllt und das Granulat einen aus der Form und einer Zusatzkammer ge- miteinander verschweißt.

bildeten Raum eingefüllt wird, wobei das Granulat ¹S Dieses Verfahren ist auf elastische Schaumgranudie Form vollständig und die Zusatzkammer teil- late nicht anwendbar, weil dort keine Treibmittel weise ausfüllt, daß das Granulat dann durch Ver- verwendet werden können, die bei Normaltemperakleinerung der Zusatzkammer durch adiabatische tür flüssig sind und deswegen ein Nachschäumen nicht Verdichtung des eingeschlossenen Gases über den möglich ist.

Schmelzpunkt erwärmt und verdichtet wird, bis ²⁰ Für die Herstellung von Formkörpern aus solchem CS lose nur noch die Form ausfüllt, und daß da- elastischem Schaumaranulat sind im Prinzip zwei nach die Verschweißung während einer Druck- Wege bekannt, von denen jedoch bisher keiner Fincntspannung vorgenommen wird. gang in die Praxis gefunden hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Der kritische Prozeß bei beiden Verfahren ist das kennzeichnet, daß das ncch nicht komprimierte, 25 Erwärmen. Dabei muß die Oberfläche des Granulats vorgeschäumte Granulat mit einer Oberflächen- so weit erhitzt werden, daß der Schmelzpunkt des kritemperatur knapp unterhalb des Schmelzpunktes stallinen Materials vberschrillcn wird. Das darf jeeingesetzt wird. doch nur an der Oberfläche der Fall sein, ueil sonst

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch das Schaumgranulat durch die Wärme zerstört wird, gekennzeichnet, daß durch die dem Granulat bei 3° Der Prozeß muß also sehr schnell durchgeführt werder Kompression zugeführte Wärme gleichzeitig den, damit sich kein Tcnipcraturglcichgewicht einein chemischer Vernetzungsprozeß ausgelöst stellen kann.

wird. Die erste Möglichkeit besteht darin, das elastische

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch Schaumgranulat zunächst durch erhöhten Ciasdruck gekennzeichnet, daß zur Erhc lung der erzielten 35 zu komprimieren, es in diesem Zustand in die Form Erwärmung und zur Verbesserung der Verschwei- zu füllen, dort aufzuheizen und nach Verschließen ßung des Granulats dem Gas an sich bekannte der Form zu entspannen, so daß das Granulat bei der Lösungsmittel zugesetzt werden, die bei Betriebs- Expansion den Forminncnraum vollständig ausfüllt temperatur und Normaldruck gasförmig, bei dem und gleichzeitig miteinander vcrschv ?'ßt.

bei der Kompression auftretenden maximalen 4" Im erstgenannten Verfahren erfolgt die Erwär-Druck jedoch flüssig sind. mung in komprimiertem Zustand, in diesem Zustand

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- hat das Granulat wesentlich verringerte Teilchenrens nach Anspruch 1 bis 4, bestehend aus einem durchmesser und zugleich ist seine Wärmelcilfähigdem Volumen der Formen angepaßten Kolben- kcit stark erhöht. Beides führt dazu, daß die Wärme Zylinder-System, an das die Formen leicht lös- 45 sehr 'chnell in das Innere des Granulats eindringen bar, gasdicht angeflanscht werden können. kann. Hinzu kommt noch, daß eine gleichmäßige Er-

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- wärmung aller Partikel in der Form nur sehr schwer kennzeichnet, daß ein gasdurchlässiger Deckel zu erreichen ist und auf alle Fälle Doppelmantelzum Verschließen der Form leicht lösbar an der Formen voraussetzt, iui denen der Innenmantel perUnterseite des Kolbens befestigt ist und in dessen 50 foricrt ist.

tiefster Stellung an der EinfüllöfFnung der Form Aus der DE-OS 16 2" 316 ist ein Verfahren zur

einrastet. Herstellung von Formkörpern aus einem elastischen,

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, da- vorgeschaumten Granulat bekannt, bei dem das Gradurch gekennzeichnet, daß sie zusammen mit nulat in eine Form eingefüllt, bis zur Klebrigkcit der einem an sich bekannten mechanischen Antriebs- 55 Oberflächen erwärmt und komprimiert wird, wonach system federnd gelagert und mit einem Rüttler die gegenseitige Verklebung der Partikel durch eine versehen ist, der das Ende des Zylinders mit der Druckabsenkung und nachfolgende Abkühlung beangeflanschten Form zu erzwungenen Kreisbewe- wirkt wird. Die Erwärmung des Granulats wird dabei gungen erregt. mit strömender Luft bewirkt, woraus eine unter-

^ßo schiedlich starke Aktivierung der Oberflächen der Partikel resultieren kann und als Folge davon untGr-

schicdlichc Festigkeitseigenschaften des erhaltenen

Werkstückes. Außerdem werden größe Tiiktzeiten benötigt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor^ 65 Nach einer anderen Ausführungsmethode dieses richtung zum Herstellen Von elastischen Schaumstoff- Verfahrens, dem zweiten Fall, müssen die vorweg körpern durch thermische Verschweißung öder Ver- erwärmten und daher leicht aneinander klebenden kiebung eines thermoplastischen Kunstharzgranulats Partikel komprimiert und vom Vörratsgefaß In die