DE2359064C2

DE2359064C2 - Verfahren zur Herstellung schüttfähiger kugelsegmentförmiger Packmaterialkörper

Info

Publication number: DE2359064C2
Application number: DE2359064A
Authority: DE
Inventors: Richard Lincoln Portland Oreg. Ropiequet
Original assignee: AMERICAN THERMOFORM CORP PICO RIVERA CALIF US; American Thermoform Corp Pico Rivera Calif
Current assignee: Storopack Hans Reichenecker GmbH
Priority date: 1972-11-28
Filing date: 1973-11-27
Publication date: 1982-03-25
Also published as: FR2207796A1; JPS4983755A; IL43707A0; FR2207796B3; IT1001992B; DE2359064A1; NL7316226A; JPS5551795B2; NL178231C; IL43707A; NL178231B; GB1455714A; CA1033933A

Description

Arretierung in ausgeschüttetem Zustand beeinflußt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von dem aus der Formöffnung (77) austretenden Kunststoffstrang (79) aufgrund der über den Massenquerschnitt herrschenden Geschwindigkeitsdifferenz von einer gekrümmten Oberfläche begrenzte Teilchen unmittelbar an der Formöffnung und noch bevor eine erhebliche Expansion des Kunststoffes stattgefunden hat, abgeschnitten werden.

Bei dem Verfahren nach der F.rfindung werden also die Abschnitte von dem Kunststoffstrang direkt und unmittelbar hinter der Formöffnung des Extruders abgeschnitten, und zwar — was von großer Bedeutung ist — noch bevor eine wesentliche Expansion des Kunststoffes stattgefunden hat Gleichzeitig ist dabei die Form des abgeschnittenen noch nicht expandierten Teilchens von Bedeutung. Da das Kunststoffmaterial in dem Kanal vor der Formöffnung im Bereich der Wandung langsamer fließt als in der Mitte d. h. infolge der über dem Massenquerschnitt herrschenden Geschwindigkeitsdifferenz, ergibt sich, daß der innere Bereich des Kunststoffstranges mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit fließt, also praktisch aus dem Innenbereich der Formöffnung am Ende des Extruders unter Bildung der genannten gekrümmten Oberfläche herausquillt. Der Strang bewegt sich also aus der Formöffnung mit einer vorne konvexen Oberfläche heraus. Man schneidet dann die dünnen Teilchen ab, wenn auch der Randbereich des austretenden Stranges aus der Formöffnung ausgetreten ist und erhält dann die ω kugelsegmentförmigen Teilchen, die nicht mehr — wie beim Stande der Technik (Figur 2 von US-Re.-PS 27 243) — flache, sondern mit gekrümmter Oberfläche versehene Teilchen. Diese Form besteht also, wie ausgeführt, bereits vor der Expansion. Diese Teile expandieren dann, wobei die Formgebung der noch nicht expandierten Teilchen dazu führt, daß bereits die erste Expansion nach Austreten aus der Formöffnung und nach Abschneiden der Teilchen zu einer im Querschnitt sichelförmigen Gestalt mit der gewünschten konvex/konkaven Oberfläche führt.

Da das Abschneiden unmittelbar nach Austritt des Kunststoffes aus der Formöffnung und somit vor einer Expansion und entsprechender Abkühlung und Verfestigung erfolgt, erfolgt kein irreparables Aufreißen von -45 Zellen des Schaumkörpers. Der Schneidvorgang drückt eher bestehende Zellen ohne Verletzung ihrer Struktur auseinander als daß er Zellen durchschneidet. Dies ist noch möglich wegen des noch nicht verfestigten Zustandes des Kunststoffes. Demgemäß kann die nachfolgende Expansion in einem sehr viel stärkeren Maße als dies noch bei dem Stande der Technik möglich war, zu einer Dehnung der einzelnen Zellen und damit zu einem großvolumigen Aufschäumen des Kunststoffkörpers mit niedrigem spezifischen Gewicht, also auch v> niedrigerem Schüttgewicht führen, gleichzeitig aus demselben Grunde aber eine sehr glatte unbeschädigte Oberfläche erzeugen, die ihrerseits wieder zu verbesserter Formgebung führt. Dies wiederum ergibt die gewünschte Verriegek'ngswirkung der einzelnen Teile bo untereinander nach d£m Schütten infolge des hohen Reibungswiderstandes der Oberfläche und verhindert Rißbildungen und damit pulverigen Abrieb.

Die oben gestellte Nebenforderung, derartige Packrnaterialkörper mit möglichst wenig konstruktiven Aufwand zu erzielen, wird dabei gleichfalls verwirklicht, da der erwähnte Puller nicht mehr erforderlich ist und die erwähnte Schneidvorrichtung sehr viel geringeren mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist. da sie nicht mehr den bereits verfestigten Kunststoff schneiden muß, sondern nur noch die noch nicht verfestigten und im wesentlichen noch nicht expandierten und demgemäß noch extrem weichen Kunststoff praktisch abquetscht, wobei die auftretenden Scherkräfte gering sind.

Die Erfindung wird auch nicht durch die GB-PS 6 87 398 nahegelegt, obwohl dort verschiedene Veifahrensschritte bereits an sich gezeigt sind, da dort Granulat erzeugt wird, bei dem die einzelnen Teüchen Eiform oder zylindrische Form haben. Sofern eine Eiform, d. h. nicht-zylindrische Form verwirklicht wird, geschieht dies dadurch, daß man einen nicht-kreisförmigen Querschnitt der Formöffnung verwendet (Seite 1, rechte Spalte, Zeilen 81 bis 85). Beim Abschneiden der zylindrischen Körper geht man davon aus, daß die Länge, mit der der zylindrische Strang aus der Formöffnung beim Abschneiden ausgetreten ist, das 0,5—2-, vorzugsweise das 0,75— l,5fache des Durchmessers der Forrnöffnung beträgt (Seite 3, Zeilen 63 bis 65). Hierbei entstehen in jedem Fall beidseitig mit konvexer Oberfläche versehene Körper, je nachdem auch u. U. kugelige Körper (siehe Spalte 3, Zeile 122), in keinem Fall jedoch kugelsegmentförmige Packmaterialkörper, deren Verbesserung Aufgabe des vorliegenden Verfahrens ist. Die demgegenüber entscheidende Erkenntnis der Erfindung beruht darauf, wie die Teilchen vom Kunststoffstrang mit einer bestimmten aufgrund des Herausquellens aus der Formöffnung ermöglichten derart bestimmten Form abzuschneiden, daß die nachfolgende Expansion bereits im Prinzip zu der gewünschten Formgebung führt, die dann in der Nachexpansion als Einrichtung nocht verstärkt und verbessert wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das geschmolzene Kunststoffmaterial im Extruder derart fraktioniert wird, daß sich ein kleinzelliger Kunststoff schaum vor dem Austritt nus der Formöffnung ergibt. Dadurch wird bewirkt, daß bereits vor dem Austreten des Kunststoffes ein wiederholter Zellzusammenbruch erfolgt, so daß die Materialverbindung in eine Vielzahl dünner Teilchen aufgeteilt, verschnitten bzw. »fraktioniert wird«, so daß das extrudierte Material eine Mischung aus kleinen geschlossenen einheitlichen Zellen ist, die während des Schneidvorganges nicht reißen und somit die bereits erläuterte Ausdehnung bei der nachfolgenden Expansion, die für das Erreichen der gesteckten Ziele erforderlich ist, erfolgen kann.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß die nach dem Abschneiden im freien Fall durch Normalatmosphäre expandierenden Teilchen nachfolgend in an sich bekannter Weise mindestens einer weiteren Expansion in heißer Wasserdampfatmosphäre unterzogen werden. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß die Nachexpansion nach einer Zwischenlagerung der Teilchen von mindestens 1 ^]/₂ Stunden erfolgt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geht von einer solchen aus, die mit einem Fülltrichter, einem Extruder, einer Schneidvorrichtung, einer Fördereinrichtung, einem Speicherbehälter, und einer Nachexpansionseinrichtung versehen ist. Frfirdungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, daß die Fördereinrichtung die nach dem Abschneiden im freien Fall expandierten und von einem Trichter aufgefangenen Abschnitte in den Speicher fördert, und daß die Nachexpansionseinrichtung hinter dem Speicher an-

geordnet ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Vorrichtung sieht vor, daß die Schneidvorrichtung einen Nabenteil aufweist, in welchem ein Schneidblatt derart angeordnet ist, daß seine Schneidkante parallel zur Drehachse der Nabe verläuft und daß es gegenüber einer Tangente zur Kreisbahn um die Drehachse einen Winkel von 10° bis 15° einnimmt. Hierbei handelt es sich um die spezielle Adaption bereits z. T. aus der GB-PS 6 87 398 bekannter Maßnahmen zur Durchführung der vorliegenden Erfindung.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist ferner darin zu sehen, daß das Nabenteil durch zwei einander gegenüberliegende Flansche gebildet wird, zwischen denen das Schneidblatt lösbar befestigt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Erzeugung von zelligen Füllmaterialkörpern,

F i g. 2 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht eines anfänglich erhaltenen, hohlen, im wesentlichen halbkugelförmigen Schaumkörpers vor dem nachfolgenden Nachexpansionsvorgang,

F i g. 3 und 4 teilweise weggebrochene Seitenansichten von anfänglich erhaltenen Schaumkörpern nach erfolgter Nachexpansion,

F i g. 5 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht der hohlen, im wesentlichen halbkugelförmigen Körper, die hier ineinandergesetzt sind,

F i g. 6 eine teilweise weggebrochene, als Durchsicht gezeichnete Draufsicht, die Details des inneren Aufbaus der Extruder- und Schneidvorrichtungselemente der Herstellungsvorrichtung von Fig. 1 sichtbar macht.

F i g. 7 eine Schnittansicht längs der Linie 7-7 in F i g. 6.

Fig. 8 eine Teildraufsicht der Schneidvorrichtung von F i g. 6. vergrößert dargestellt, und

F i g. 9 eine teilweise weggebrochene Aufrißansicht längs der Linie 9-9 in F i g. 8.

Die zur Durchführung des Verfahrens benötigte Vorrichtung ist schemalisch in F i g. 1 dargestellt und weist eine Extrusionsvorrichtung 10 auf, zu der ein Fülltrichter 12 gehört, der einen Vorrat an extrudierbarem. expandierbarem, thermoplatischem Material, vorzugsweise in Form von Granulatkörnern oder Tabletten, enthält. Derartige Materialien sind bekannt, und zu ihnen gehören Verbindungen, wie Polystyrol oder andere geeignete Polymere, wie sie beispielsweise in den US-PS 29 83 692. 29 41 964.29 41 965, 30 66 382 und 32 51 728 beschrieben sind.

Ein Gemisch, bestehend aus 98 Gew.-°/o, durch txtrusion erhaltene, expandierbare Poiystyroikörner oder -kugeln, in Verbindung mit geeigneten Expandiermitteln, hat sich für den genannten Zweck als sehr vorteilhaft erwiesen.

Das eingeschnürte, bodenseitige Austragsende 14 des Fülltrichters 12 steht mit dem Einspeiseende des Extruderteils 16 in Verbindung. Der Teil 16, der im folgenden im einzelnen beschrieben wird, weist eine nicht dargestellte Extruderschnecke mit veränderlichem Kerndurchmesser auf, die im Inneren eines Extruderzylinders 18 drehbar gelagert ist und über ein Reduziergetriebe 22 von einem Elektromotor 20 angetrieben wird. Sobald expandierbare, thermoplastische Körner aus dem Fülltrichter in den Extruderteil 16 rutschen, werden sie durch die Drehbewegung der Schnecke von dem Einspeiseende des Zylinders 18 in der Nähe des Austragsendes 14 in Richtung auf eine Extruderdüse 24 gefördert. Die feste, thermoplastische Materialverbindung wird bei ihrer durch die Schnecke erfolgenden Vorwärtsbewegung einem wachsenden Druck unter-') worfen, und zwar auf Grund des sich vergrößernden Kerndurchmessers der Schnecke. Gleichzeitig wird das Gemisch auf eine höhere Temperatur erwärmt, bis es schmilzt und dabei in einen viskosen, flüssigen Zustand übergeht. Danach wird es gerührt oder fraktioniert,

ίο beispielsweise mit Hilfe von nicht dargestellten Zapfen, die auf der Schnecke angebracht sind.

Das geschmolzene Material wird dann durch eine in der Extruderform 24, also in dem Preßwerkzeug, befindliche öffnung hindurchgedrückt, und sobald es in Form einer Masse geschmolzenen Kunststoffmaterials aus der öffnung austritt, wird es über einer umlaufenden Schneidvorrichtung 26 kontinuierlich in eine Vielzahl dünner Abschnitte aufgeteilt. Diese Schneidvorrichtung 26 schneidet das austretende Material direkt an der Formöffnung. Es versteht sich, daß das geschmolzene, thermoplastische Material in der Form 24 unter einem erheblichen Druck steht. In dem Maße, wie das geschmolzene Kunststoffmaterial die Form verläßt, wird den in dem Material befindlichen Expandiermitteln aufgrund der Tatsache, daß das Material dem niedrigeren Druck der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt wird, ermöglicht. Gas freizusetzen und die Materialverbindung zu einem Zellengefüge zu dehnen, dessen Durchmesser ein Vielfaches des Durchmessers der öffnung beträgt.

Ein wesentliches Merkmal ist darin zu sehen, daß die expandierbare, thermoplastische Verbindung so stark gerührt wird, bis sich Schaum bildet, um dadurch einen wiederholten Zellenzusammenbruch zu bewirken, und daß die Materialverbindung in dünne Abschnitte aufgeteilt oder zerschnitten wird, sobald sie aus der Öffnung in einem geschmolzenen Zustand austritt, und bevor eine erhebliche Expansion stattgefunden hat. Dadurch wird erreicht, daß sich die extrudierte Materialverbindung oder Mischung aus kleinen, geschlossenen, einheitlichen Zellen zusammensetzt, die während des Zerschneidens nicht reißen, wodurch dort, wo die Schnittflächen verlaufen, glatte, geschlossenzellige Oberflächen entstehen. Somit können die Schaumkörper aus sehr dünnen Teilen bestehen, ohne die erwähnten Nachteile aufzuweisen. Dazu kommt, daß das Zerschneiden des extrudierten Materials, wenn sich dieses noch im geschmolzenen Zustand befindet, den Verschleiß der Schneidblätter oder -klingen erheblich vermindert und Schneidblattbruch nahezu gänzlich beseitigt.

Wenn die dünnen Teile von dem extrudierten Material abgeschnitten werden, werden sie von der Schneidvorrichtung 26 in einem Sammeltrichter 28 gefördert. Während ihrer Bewegung durch die Luft expandieren die abgeschnittenen Teile rasch zu Schaumkörpern. Dieses Expansion ist von einer gleichzeitigen Abkühlung begleitet, so daß die Körper sich kurz hinter der Extruderform und bevor sie den Sammeltrichter 28 erreicht haben, verfestigen. Die auf diese Weise geformten Körper weisen eine Dicke in Richtung normal zu den Schnittebenen auf, die nicht einheitlich ist und von einem Mittelteil des Körpers nach außen hin abnimmt. Fig.2 zeigt einen solchen anfänglich expandierten Schaumkörper 30, der, wie aus der Zeichnung hervorgeht, eine konvexe Oberfläche 30a und eine konkave Oberfläche 306 aufweist, die sich an einer Randkante 30c schneiden, welche den Umfang der

konkaven Oberfläche begrenzt.

Die anfänglich expandierten Schaumkörper, welche von dem Sammeltrichter 28 gesammelt werden, werden von einem Gebläse 32 durch eine Leitung 34 nach oben in einen Speicherbehälter 36 gefördert. Die auf diese Weise hergestellten Teilchen lassen sich für verschiedene Zwecke verwenden, so beispielsweise als Packungsmaterial. In ihrer anfänglich expandierten Form weisen die Schaumkörper jedoch ein Schüttgewicht auf, das zu hoch ist, um diese Körper als wirtschaftliches, loses Füllmaterial verwenden zu können. Aus diesem Grunde werden die anfänglich expandierten Körper in einer Dampfatmosphäre von neuem expandiert, so daß ein erheblich größerer Schaumkörper entsteht, der ein geringeres Schüttgewicht aufweist.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, werden die anfänglich expandierten Körper 30 aus dem Speicherbehälter 36 in eine Nachexpansionseinheit 42 gefördert, in der die Körper auf einem sich bewegenden Förderer in einer Dampfatmosphäre abgelegt werden. Wenn sich die Körper durch die Nachexpansionseinheit bis zu einer Austragsstelle hindurchbewegen, werden sie durch die durch höhere Temperatur und Dampf gekennzeichneten Umgebungsbedingungen veranlaßt, wesentlich größere Abmessungen anzunehmen, jedoch dabei ihre Konfiguration beizubehalten. F i g. 3 zeigt einen nachexpandierten Körper 38, der sich dadurch ergibt, daß ein anfänglich expandierter Körper 30 der Wirkung von Dampf bei erhöhter Temperatur ausgesetzt wird.

Nach dem Verlassen der Nachexpansionseinheit 42 werden die erneut expandierten Körper einem Speicherbehälter 44 zugeführt. Dieser Speicherbehälter besteht vorzugsweise aus Siebgewebe oder einem anderen offenmaschigen Material, so daß eine freie Luftzirkulation und damit eine leichtere Trocknung der erneut expandierten Körper ermöglicht wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß die anfänglich expandierten Körper 30 unmittelbar nach ihrem Entstehen erneut expandiert werden können. Durch das Lagern der anfänglich expandierten Körper über wenige Stunden vor ihrer erneuten Expandierung wird jedoch das Ausmaß der Expansion vergrößert und demzufolge ein niedrigeres Schüttgewicht erzielt. Eine Ventilvorrichtung 46 am Austrittsende des Speicherbehälters 36 gibt die Möglichkeit, eine gewisse Menge Körper 30 anzusammeln und zu speichern, bevor die erneute Expansion stattfindet.

Auch hierbei können die erneut expandierten Körper 38 an sich so verwendet werden, wie sie sind. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, diese erneut expandierten Körper einige Stunden zu speichern und dann wieder einer Dampfatmosphäre bei erhöhter Temperatur auszusetzen, um noch einmal eine wesentliche Vergrößerung hinsichtlich der Abmessungen und demzufolge eine Verkleinerung des Schüttgewichts zu erreichen. Fig.4a zeigt einen zweimal von neuem expandierten Körper 48, der sich aus dem einmal erneut expandierten Körper 38 (F i g. 3) in oben beschriebener Weise ergibt

Wie aus F i g. 6 hervorgeht, weist der Extruderteil 16 ein Einspeisungsgehäuse 50 auf, das an dem hinteren, geflanschten Ende 52 mit dem Antriebsende der Reduziergetriebeeinheit 22 fest verbunden ist. Das Austragsende 14 des Trichters 12 steht mit der Bohrung 54 in Verbindung und erstreckt sich von dort aus durch das Gehäuse 50 hindurch nach oben. Das Einspeisungsgehäuse 50 wird mit Hilfe von eine Ringkammer 58 der umgebenden Bohrung 54 im Kreislauf durchströmen-

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40 dem Wasser gekühlt, wobei die Bohrung 54 mit Zufluß- und Abflußleitungen 60 bzw. 62 verbunden ist. Das Gehäuse 50 wird auf diese Weise auf einer Temperatur gehalten, die ausreichend niedrig ist, um die thermoplastische Verbindung am Schmelzen in dem Einspeisungsgehäuse oder in dem Austragsende des Fülltrichters zu hindern.

Das vordere Flanschende 64 des Gehäuses 50 ist an dem hinteren Flanschende 66 des Extruderzylinders 18 befestigt. Der Zylinder 18 weist eine Axialbohrung 68 auf, die koaxial zu der Bohrung 54 verläuft und denselben Durchmesser wie diese Bohrung hat und den vorderen Teil der Extruderschnecke 56 aufnimmt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weist die Extruderschnecke 56 konstante Steigung und konstanten Durchmesser auf sowie einen Kerndurchmesser, der von dem Einspeisungsende zum Austragsende der Schnecke sich gleichmäßig vergrößert.

Das vordere Flanschende 72 des Zylinders 18 ist an dem hinteren Flanschende 74 der Extruderform 24 befestigt. Die Extruderform 24 ist mit einer Mittelbohrung 76 versehen, die koaxial zu der Bohrung 68 des Extruderzylinders verläuft. Die Bohrung 76 verjüngt sich, ausgehend von einem Durchmesser, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Bohrung 68 ist, auf einen kleineren Durchmesser an der Austrittsöffnung 77, der den Durchmesser des extrudierten Materials vor dessen Expansion bestimmt.

Um die Temperatur des thermoplastischen Materials bei dessen Vorwärtsbewegung zu steuern, d. h. also bei dessen Bewegung in Fig.6 nach rechts durch die Bphrung 48 hindurch, ist um den Zylinder 18 eine Kühlmittelleitung 78 schraubenförmig gewickelt, die in einer Nut sitzt, welche in der äußeren Oberfläche des Zylinders ausgebildet ist Das hintere Ende der Kühlmittelleitung 78 ist über ein Steuerventil 80 an eine Zufuhrleitung 60 angeschlossen. Das vordere Ende der Kühlmittelleitung 78 endet hinter dem vorderen Ende des Extruderzylinders 18 und steht über ein T-förmiges Kupplungsstück 82 und einer Austrittsleitung 84 mit der Aöflußleitung62 in Verbindung.

Eine zweite Kühlmittelleitung 86 ist schraubenförmig über das vordere Ende des Extruderzylinders gewickelt. Das eine Ende dieser Leitung steht über ein Steuerventil 88 mit der Zufuhrleitung 60 in Verbindung, während das entgegengesetzte Ende über das T-förmige Kupplungsstück 82 mit der Austrittsleitung 84 verbunden ist

Ein Paar elektrischer Heizeinheiten 90 und 92 umschließen die Kühlmittelleitung 78 und den Extruderzylinder 18 und sind entfernbar. Wie aus F i g. 7 in Verbindung mit F i g. 6 hervorgeht, weist jede Heizeinheit ein Paar längliche, halbrunde Körper 93 aus elektrisch nichtleitendem Material auf, die jeder ein elektrisches Heizelement enthalten. Die Körper 93 sind entlang einer ihrer benachbarten Ränder durch eine Gelenkvorrichtung 94 miteinander verbunden und entlang der entgegengesetzten benachbarten Ränder durch eine Klammervorrichtung 96. Auf diese Weise lassen sich die beiden Hälften einer Heizeinheit leicht entfernen und austauschen, falls dies erforderlich sein sollte. Eine dritte Heizeinheit 98, die ähnlich aufgebaut ist, umgibt die Extruderform 24 vor dem Befestigungsflansch 74 und ist ebenfalls entfernbar.

Jeder der drei Heizeinheiten hat ihre eigene einstellbare Steuerung, so daß jede zugehörige Extruderzone hinsichtlich der Temperatur unabhängig von den anderen Zonen gesteuert werden kann.

Wie aus den Fig.8 und 9 in Verbindung mit Fig.6

hervorgeht, weist die Schneidvorrichtung 26 eine Schneidscheibe 100 auf, die auf der Antriebswelle 102 eines Elektromotors 104 so gelagert ist, daß die Drehzahl der Welle und damit die Drehzahl der Schneidscheibe gesteuert werden kann. Wie am besten aus den F i g. 8 und 9 hervorgeht, ist die Schneidscheibe 100 mit einem Paar mit Abstand gegenüberliegender, kreisrunder Flanschteile 106 versehen, die mit einem konzentrischen Nabenteil 108 ein einheitliches Ganzes bilden. Ein Schneidblatt 110 ist entfernbar so befestigt, daß es sich zusammen mit der Schneidscheibe 100 dreht.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sitzen die Endteile de;r Klinge 110 in einem Paar gegenüberliegender schlitzähnlicher öffnungen 112 in den Flanschteilen 106 und werden dort von einem Paar Spannschrauben 114 festgehalten. Das Schneidblatt 110 ist so angeordnet, daß seine Schneidkante 115 beim Rotieren der Scheibe 100 auf die geschmolzene Kunststoffmasse 79 (Fig.8) trifft, wenn diese aus der Austrittsöffnung 77 der Form 24 austritt, wodurch das Kunststoffmaterial in dünne Abschnitte oder Teile aufgeteilt wird, bevor eine wesentliche Expansion des Materials stattfindet. Es versteht sich, daß die Dicke dieser Abschnitte von der Liniargeschwindigkeit des geschmolzenen, extrudierten Materials abhängt, die von der Extruderschnecke 56 gesteuert wird, sowie von der Drehzahl der Schneidscheibe 100. Obgleich beide Geschwindigkeiten gewöhnlich variiert werden können, wird dennoch die Dicke der abgeschnittenen Abschnitte durch Einstellen der Drehzahl des Motors 104 der Schneidvorrichtung geändert.

Da die Masse des viskosen geschmolzenen Kunststoffmaterials, das durch die Bohrung 76 fließt, in dem der Wandung der Bohrung benachbarten Bereich sich ziemlich langsam vorwärtsbewegt, während die Strömungsgeschwindigkeit in Richtung auf die Mitte der Bohrung zunimmt, wird das austretende Kunststoffma terial, nachdem eine extrudierte Masse von dem Schneidblatt 110 getroffen und abgeschnitten worden ist, aus der Öffnung 77 herausquellen, so daß die Masse 79 eine konvexe, teilweise kugelförmige Oberfläche ausbildet. Die weitere Extrusion des Kunststoffmaterials führt natürlich zur Erzeugung einer stangen- oder stabähniichen bzw. strangähnlichen Masse. Die Drehzahl der Schneidscheibe 100 wird jedoch so eingestellt, daß das extrudierte Material in dünne Teile zerschnitten wird. Jeder derartige Teil ist von einer konvsxen, teilweise kugelförmigen Oberfläche begrenzt und an seinem Umfang erheblich dünner als in seiner Mitte. Dadurch können die abgeschnittenen Teile zu Schaumkörpern expandieren, die die gewünschte Konfiguration der oben beschriebenen Art aufweisen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Nachexpansionseinheit 42 mit einem hohlen, geschlossenen Behälter 120 versehen, der Mittel zur Einleitung von Wasser in den Behälterboden aufweist, beispielsweise eine mit einem Ventil versehene Eintrittsöffnung 12Z In dem Behälter befindet sich eine elektrische Heizvorrichtung 124, die zum Erwärmen des Wassers bis auf Siedetemperatur dient und auf diese Weise in dem Behälter eine Dampfatmosphäre erzeugt Eine in etwa kreisrunde, perforierte Platte 126 wird in dem Behälter von einer senkrechten Welle 128 drehbeweglich getragen, die sich durch den Boden des Behälters hindurch nach unten erstreckt Das untere Ende der Welle 128 steht über eine Getriebeeinrichtung 130 mit einem elektrischen Antriebsmotor 132 in Verbindung.

In dem Behälter 120 ist nahe über der perforierten Platte 126 eine längliche Ablenkschaufel 136 montiert. Die Schaufel 136 erstreckt sich von dem einen Ende des Behälters aus nach innen, um auf die anfänglich expandierten Schaumkörper aufzutreffen, die vorher auf die Platte hinter der Schaufel 136 durch die Leitung 138 abgelegt worden sind. Nachdem die Schaumkörper der Dampfatmosphäre im Behälter 120 ausgesetzt worden sind, während sie sich auf dor Platte 126 befanden und sich zusammen mit dieser drehten, werden sie nunmehr von der Schaufel 136 erfaßt und durch eine Öffnung 140 in der Stirnwand des Behälters hindurch nach unten gelenkt. Aus dem Behälter 120 werden sie zu dem Speicherbehälter 44 mit Hilfe eines Gebläses 142 und seiner zugehörigen Leitung 144 gefördert. Wie oben bereits erwähnt wurde, werden die von neuem expandierten Schaumkörper in dem Speicherbehälter 44 vorzugsweise mehrere Stunden lang gelagert und dann dadurch, daß sie ein zweites mal einer Dampfatmosphäre in einem Behälter, ähnlich der Expansionseinheit 42, ausgesetzt werden, von neuem expandiert.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zur Durchführung verwendeten Vorrichtung wird nachfolgend näher erläutert.

Expandierbare Polystyrolkugeln (Dylite KFP 533 der Koppers Co., Inc.) werden mit 0,4 Gew.-% Ammoniumbicarbonat, das mit Talg vermischt und gerührt worden ist, ferner mit 0,4% Natriumbicarbonat und 0,05% blauem Pigment vermischt und in den Verratstrichter 12 der Extrusionsvorrichtung 10 gegeben. Die Extruderschnecke der Vorrichtung 10 ist etwa 50 cm lang und weist einen Durchmesser von 2,54 cm auf. Der Motor 20 ist so eingestellt, daß die Schneckendrehzahl etwa 100 Upm beträgt. Die Austrittsöffnung 77 der Form 24 hat einen Durchmesser von 4,37 mm.

Der Kühlmittelfluß durch die Kammer 58 wird so eingestellt, daß am Einspeisungsende der Schnecke eine Temperatur von etwa 37,8°C herrscht. Die Heizeinheit 90 und das Steuerventil 80 werden so eingestellt, daß sich eine Temperatur von etwa 104°C in der Zone des Zylinders 18 ergibt, die sich neben der Heizeinheit 90 befindet, und die Temperatur in der Zone neben der Heizeinheit 92 wird in gleicher Weise auf etwa 110⁰C eingestellt. Die Heizeinheit 98 wird so eingestellt, daß sich eine Formtemperatur von etwa 110⁰C ergibt. Die Schneidscheibe 100, die einen Durchmesser von etwa 11,4 cm hat und einen Schneidradius von etwa 5.08 cm wird auf eine Drehzahl von etwa 3600 Upm eingestellt.

Unter diesen Bedingungen werden Schaumkörper 30

so erzeugt, die eine hohle, im wesentlichen halbkugelförmige Konfiguration aufweisen, wie es in F i g. 2 ersichtlich ist, wobei der Durchmesser etwa 1,27 cm beträgt. Die anfänglich expandierten Schaumkörper weisen ein Schüttgewicht von 32,06 kg/m³ auf, das durch Wägen eines austarierten Behälters bekannten Volumens nach dessen Füllung mit Schaumkörpern gemessen wird, die durch mäßiges Rütteln verdichtet werden, dann von neuem gefüllt und wieder verdichtet werden, bis kein weiteres Zusammensacken erfolgt

Die auf diese Weise hergestellten, anfänglich expandierten Schaumkörper 30 werden annähernd 5 Stunden lang gelagert Daraufhin werden sie bei Atmosphärendruck etwa 1,75 Minuten lang Wasserdampf ausgesetzt Dadurch expandieren die Körper 30, was zur Folge hat daß die erneut expandierten Körper 38 die in Fig.5 dargestellte Konfiguration aufweisen, dh, sie haben einen Gesamtdurchmesser von etwa 193 mm und ein Schüttgewicht von etwa 7,21 kg/m³.

Eine Gruppe gleicher Körper 30, die unmittelbar nach der Formgebung erneut expandiert worden sind, weisen ein Schüttgewicht von etwa 10,41 kg/m^J auf.

Die erneut expandierten Körper 38 werden wieder etwa 4V₂ Stunden lang gelagert, dann erneut 1,25 Minuten lang Dampf bei Atmosphärendruck ausgesetzt. Die sich ergebenden, erneut expandierten Körper 48 weisen eine Konfiguration auf, die der in F i g. 4a ähnlich ist, wobei der Durchmesser etwa 25,4 mm beträgt und das Schüttgewicht etwa 4,81 kg/m³.

Bei dem gerade beschriebenen Betrieb der Vorrichtung wirken sich verschiedene Faktoren vorteilhaft oder nachteilig auf die Eigenschaften der sich ergebenden Produkte aus. Wenn die geschmolzene Masse thermoplastischen Materials die Form verläßt, wobei sie aufgrund des Rührens und der Schaumbildung, die vor dem Extrusionsprozeß stattgefunden haben, eine Zellenstruktur aufweist, die sich durch kleine, geschlossene und gleichmäßige Zellen kennzeichnet, ermöglicht ein verminderter Druck, daß sich die zellige Struktur weiter ausdehnt. Um die gewünschte Konfiguration zu erhalten, ist es wichtig, daß das geschmolzene, extrudierte Material so nahe wie möglich an der Austrittsöffnung 77 der Form 24 zerschnitten wird, so daß die Aufteilung des Kunststoffmaterials erfolgt, bevor irgendeine wesentliche Expansion stattgefunden hat. Somit ist, wie wiederum aus den F i g. 8 und 9 hervorgeht, die Fläche 81 der Form 24 so gestaltet, daß sie sich an die durch die strichpunktierte Linie 146 angedeutete kreisförmige Strecke anpaßt, die die Schneidkante 116 des Blattes 110 beschreibt. Obgleich in Fig.9 die Strecke 146 aus Gründen der zeichnerischen Klarheit geringfügig vor der Fläche 81 verläuft, sind die Form 24 und die Schneidscheibe 100 vorzugsweise so angeordnet, daß die Kante 116 die Stirnfläche der Form leicht abstreicht.

Dazu kommt, daß sich als vorteilhaft erwiesen hat, das Schneidblatt 110 in der Scheibe 10 so zu befestigen, daß es unter einem Winkel A von etwa 10 bis 15° zu einer Tangente an die Strecke 146 an der Kante 116 geneigt ist.

Wie bereits erwähnt wurde, hängt die Dicke der von dem geschmolzenen, extrudierten Material abgeschnittenen Abschnitte oder Teile von der zwischen der Liniarbewegung des aus der öffnung 77 austretenden geschmolzenen, thermoplastischen Materials und der Drehzahl des Schneidblattes vorhandenen Beziehung ab. Jeder oder beide dieser Faktoren läßt sich so einstellen, daß ein anfänglich expandierter Schaumkörper erzeugt wird, der die gewünschte Konfiguration aufweist. Wenn der von dem austretenden extrudierten Material abgeschnittene Materialteil zu dünn ist, dann behalten die entstehenden Körper einen kleineren Durchmesser und eine flache konkave Oberfläche 30c (Fig.2) wodurch wiederum das Schüttgewicht steigt Ein dicker Überzugsteil extrudierten Materials ergibt einen Körper, der eine überwiegend linsenförmige Konfiguration hat

Ein weiterer Faktor, der für die Eigenschaften des Fertigprodukts von Bedeutung ist, ist der Grad der Erwärmung des thermoplastischen Materials im Extruder. Wo wurde beispielsweise gefunden, daß dann, wenn die Temperatur des geschmolzenen Materials zu hoch ist, die abgeschnittenen Teile rasch expandieren, jedoch zu einem Schaum führen, der im Inneren zerrissene Zellen und eine geschwächte Festigkeit aufweist Wenn die Temperatur des geschmolzenen Materials andererseits zu tief ist, dann reicht die anfängliche Expansion nicht aus, um einen Körper zu schaffen, der eine im wesentlichen halbkugelformige Konfiguration hat.

Dazu kommt, daß das Ausmaß der Expansion der Schaumkörper in der Nachexpansionseinheit mit der Zeitspanne variiert, die die Körper der erhöhten Temperatur der Dampfatmosphäre ausgesetzt sind. Wenn die Einwirkungszeit zu lang ist, dann kann die Überexpansion des Schaums zu zusammengefallenen Körpern führen, die das Produkt als loses Füllmaterial

to für Packungen ungeeignet machen.

Des weiteren ist bekannt, daß die Lagerung der anfänglich expandierten Körper über wenigstens 1,5, jedoch vorzugsweise etwa 4 bis 8 Stunden vor der Nachexpansion in der Dampfatmosphäre erneut expandiene Körper ergibt, die eine größere Abmessung und demzufolge ein geringeres Schüttgewicht aufweisen als jene erneut expandierten Körper, die unmittelbar nach ihrer Bildung der Nachexpansion unterworfen werden. Es wird angenommen, daß dies eine Folge der Diffusion des Blähmittels aus dem verfestigten Kunststoffmaterial in die anfänglich geformten Zellen des Schaums hinein ist, die unmittelbar nach der anfänglichen Expansion ein Teilvakuum entha'ten. In der gleichen Weise werden durch die Lagerung der erneut expandierten Schaumkörper über vorzugsweise etwa 4 bis 8 Stunden, worauf ein zweiter Aufenthalt in einer Dampfatmosphäre stattfindet, wiederholt expandierte Körper erzeugt, die ein noch geringeres Schüttgewicht aufweisen. Das erfindungsgemäß hergestellte Produkt ist ein zelliger Schaumstoffkörper, der eine im wesentlichen ununterbrochene äußere Haut aufweist, die mit dem zelligen Schaum ein integrale;. Ganzes bildet und ihn bedeckt. Wie bereits oben erwähnt und aus F i g. 5 ersichtlich ist, können Gegenstände einer solchen Konfiguration frei fließen, beispielsweise aus einem Lagerbehälter ausfließen, um dadurch einen Versandbehälter rund um ein in diesem Behälter befindliches Objekt vollständig zu füllen. Des weiteren sind die Teile, wenn sie zusammengeschüttet werden, bestrebt, sich zu verschachteln oder ineinanderzusetzen. Somit sind in einer Masse Pakkungsmaterial, das aus einer Vielzahl solcher Körper besteht, bei denen mehrere im wesentlichen die gleiche Größe aufweisen, die konvexen Teile wenigstens einiger dieser Körper so angeordnet, daß sie auf dem Umfang

⁴S der konkaven Teile benachbarter Körper sitzen, ohne in den konkaven Teilen vollständig aufgenommen zu werden. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in Fig. 5 dargestellt, wobei der konvexe Teil eines im wesentlichen halbkugelförmigen Körpers 150 auf dem

so Umfang des konkaven Teils eines ähnlichen Körpers 152 sitzt. Da der Krümmungsradius des konvexen Teils eines solchen Körpers größer ist als der Krümmungsradius des konkaven Teils, passen die Teile nicht vollständig zueinander, so daß zwischen ihnen Hohlräume bleiben, wie dies beispielsweise bei 154 angedeutet ist Es versteht sich, daß solche Hohlräume zu einer Verringerung des Schüttgewichts einer Masse solchen Materials führen.

Zusätzlich zu den Eigenschaften des hier beschriebe- nen Packungsmaterials, die das Nichtverschieben und Nichtzusammensacken betreffen, führen die bekannten hohen Oberflächenreibungskräfte des expandierten Materials zu einer Verstärkung der Berührung zwischen aneinanderstoßenden Körpern, die einer Verschiebung entgegenwirkt sobald eine derartige Materiafanasse zusammengepreßt wird.

Die hier verwendete Bezeichmmg »im wesentlichen halbkugelformige« Schanmkörper schließt Schamnkör-

per ein, die eine echt halbkugelformige Konfiguration haben, wie sie beispielsweise \p Fig.4a zu sehen ist. Darüber hinaus sind darunter auch solche Körper zu versehen, die etwas vo- dieser echten halbkugelförmigen Gestalt nach oben oder unten abweichen, wie dies beispielsweise die Fig.4b und 4c verdeutlichen. Des weiteren können die expandierten Kunststoffteile ovale oder eiförmige Gestalt haben oder unregelmäßig geformt sein. Derartige unregelmäßig geformte Körper können im Sinne der hier verwendeten Begriffsbestimmung ebenfalls als im wesentlichen halbkugelförmig angesehen werden.
Zu den anderen möglichen Konfigurationen gehören

auch solche, die man »kissenähnlich« nennen könnte, die sich dadurch auszeichnen, daß sie einen im wesentlichen dreieckigen Körper mit abgerundeten Ecken bilden und einen Querschnitt besitzen, dessen Dicke von den gegenüberliegenden Kanten aus zur Mitte hin zunimmt. Außer den erwähnten Kunststoffmaterialien bzw. -verbindungen lassen sich auch andere expandierbare Kunststoffmaterialien verwenden, wobei dann die angegebenen Temperaturbedingungen in Anpassung an die physikalischen Eigenschaften des jeweils zur Verwendung gelangenden Materials geändert werden müssen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Verfahren zur Herstellung schüttfähiger kugelsegmentförmiger Packmaterialkörper (30) aus Kunststoff mit außen konvexer (30a) und innen konkaver (306,1 Oberfläche, bei dem der geschmolzene Kunststoff durch die Formöffnung (77) eines Extruders (16) hindurchextrudiert wird, und bei dem der aus der Formöffnung (77) austretende Kunststoffstrang (79) von einer Schneidvorrichtung (26) in dünne Abschnitte geschnitten wird und die abgeschnittenen Teilchen (30) erhitzt und dabei expandiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß von dem aus der Formöffnung (77) austretenden Kunststoffstrang (79) aufgrund der über den Massenquerschnitt herrschenden Geschwindigkeitsdifferenz von einer gekrümmten Oberfläche begrenzte Teilchen unmittelbar an der Formöffnung (77) und noch bevor eine erhebliche Expansion des Kunststoffes stattgefunden hat, abgeschnitten werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Kunststoffmaterial im Extruder (16) derart fraktioniert wird, daß sich ein kleinzelliger Kunststoffschaum vor dem Austritt aus der Formöffnung (77) ergibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem Abschneiden im freien Fall durch Normalatmosphäre expandierten Teilchen (30) nachfolgend in an sich bekannter Weise mindestens einer weiteren Expansion in heißer Wasserdampfatmosphäre unterzogen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachexpansion nach einer Zwischenlagerung der Teilchen (30) von mindestens 1V2 Stunden erfolgt.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Fülltrichter (12), einem Extruder (16), einer Schneidvorrichtung (26), einer Fördereinrichtung (32, 34), einem Speicherbehälter (36), und einer Nachexpansionseinrichtung (42), dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidvorrichtung (26) unmittelbar an der Formöffnung (77) des Extruders angeordnet ist, und daß die Fördereinrichtung (32, 34) die nach dem Abschneiden im freien Fall expandierten und von einem Trichter (28) aufgefangenen Abschnitte (30) in den Speicher (36) fördert, und daß die Nachexpansionseinrichtung (42) hinter dem Speicher angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidvorrichtung (26) einen Nabenteil (108) aufweist, an welchem ein Schneidblatt (110) derart angeordnet ist, daß seine Schneidkante parallel zur Drehachse der Nabe verläuft und daß es (110) gegenüber einer Tangente zur Kreisbahn um die Drehachse einen Winke! von lObis 15° einnimmt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Nabenteil (108) durch zwei einander gegenüberliegende Flansche (106) gebildet wird, zwischen denen das Schneidblatt (110) lösbar befestigt ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung schüttfähiger kugelsegmentförmiger Packmaterialkörper aus Kunststoff mit außen konvexer und innen konkaver Oberfläche, bei dem der geschmolzene Kunststoff durch die Formöffnung eines Extruders hindurchextrudiert wird, und bei dem der aus der Formöffnung austretende Kunststoffstrang von einer Schneidvorrichtung in dünne Abschnitte geschnitten wird, und die abgeschnittenen Teilchen erhitzt und dabei expandiert werden.

Ein derartiges Verfahren ist aus der US-Re.-PS 27 243 bekannt geworden. Bei diesem "Verfahren expandiert der aus der Formöffnung austretende Kunststoffstrang auf ein mehrfaches des Durchmessers und wird dabei schon unter Abkühlung in einem gewissen Maße verfestigt In diesem Zustand wird er von einer Förderund Streckeinrichtung, iinem sog. »Puller« erfaßt der ihn in die nachfolgend angeordnete Schneidvorrichtung einführt und dabei gleichzeitig etwas streckt (siehe Spalte 2, Zeilen 56—63). In der Schneideinrichtung werden dann von diesem bereits expandierten und bis zur Selbsttragfähigkeit verfestigten Kunststoffstrang Abschnitte abgeschnitten, die die Form von ebenen, d. h. flachen Scheibchen haben (siehe F i g. 2). Die erwünschte teilkugelige Form mit konvex/konkaver Oberfläche ergibt sich erst durch die unmittelbar auf das Abschneiden nachfolgenden Nachexpansion in heißer Wasserdanipfatmosphäre.

Nachteilig an diesem Verfahren ist die Notwendigkeit des genannten Pullers, dessen Geschwindigkeit sorgfältig gesteuert werden muß, um sowohl der Arbeitsgeschwindigkeit des Extruders als auch derjenigen der Schneidvorrichtung genau zu entsprechen. Das bedingt einen kostenträchtigen Wartungs- und Instandsetzungsaufwand. Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus den Eigenschaften des derart hergestellten Packmaterialkörpers. Die Tatsache, daß in dem Moment des Schneidens bereits eine gewisse Verfestigung des Kunststoffmaterials nach der Expansion erfolgt ist.

<o bringt es mit sich, daß beim Schneiden die bei der Expansion entstandenen Zellen auf beiden Seiten aufgerissen werden, so daß eine offenzellige äußere Oberfläche entsteht. Dies schwächt die mechanische Stärke des Packmaterialkörpers. Außerdem wird die weitere Expansion in dem nachfolgenden Nachexpansionsschritt beeinträchtigt. Dadurch ergibt sich beim Endprodukt ein höheres Schüttgewicht. Das Zerreißen der einzelnen Zellen des Packmaterialkörpers, der infolge der Expansion des Kunststoffes ein Schaumkörper ist, ist insbesondere dann nachteilig, wenn möglichst dünne Schaumkörper erzeugt werden sollen, da sich dann die Risse in der Oberfläche, die sich als Folge des Abschneidens während der Nachexpansion ergeben, u. U. über die gesamte Dicke des Packmaterialkörpers erstrecken, und zwar vorwiegend in den Randbereichen, so daß ein Packmaterialkörper mit ausgefranstem Rand entsteht, der dann bei der Verarbeitung zu pulverigem Abrieb führt. Ferner erfordert das Schneiden eines bereits expandierten Kunstsioffstranges eine beachtliehe mechanische Kraft und führt somit zu entsprechendem maschinellen Aufwand, Verschleiß und Bruch.

Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das — möglichst auf einfachere Weise, d. h.

ohne Puller — zu Packmaterialkörpern mit geringerem Schüttgewicht und verbesserter Form führt. Die Formgebung ist deshalb von besonderer Bedeutung, weil sie die Schüttfähigkeit und die gegenseitige