-
Verfahren und Vorrichtung zum Ausrichten von Faserstoffen, zur Herstellung
hochbelastbarer Formteile aus einem Gemisch von fasrigen Stoffen und einem Bindemittel.
-
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum ausgerichteten Ablagern von Faserstoffen in einer Form in Richtung der Hauptbelastungslinien
des Formteils zur Herstellung hochbelastbarer Formteile aus einem Gemisch von Faserstoffen
und einem Bindemittel.
-
Bei der Herstellung von Formpreßteilen aus einer Preßmasse, die beispielsweise
aus zellulosischen Faserstoffen, wie Holzspäne und Leim besteht, kann bei gleicher
Festigkeit die Materialstärke verringert und/oder die Festigkeit des Bauteils bei
gleicher Materialstärke erhöht werden, wenn die Holz späne bei dem fertigen Preßformteil
in Richtung der Hauptbelastungslinien, d.h. senkrecht zu der Bruchlinie ausgerichtet
sind, da die Biege- und Zugfestigkeit von Holz, wie bei praktisch allen fasrigen
Stoffen, in Längsrichtung um ein Mehrfaches höher ist als in Querrichtung.
-
Wird die Preßform im Schüttverfahren gefüllt, sind die Holzspäne in
der Regel bezüglich ihrer Lage in statistischer Verteilung angeordnet, so daß ein
auf diese Weise hergestelltes Preßformteil in allen Richtungen die gleiche spezifische
Biege- und Zugfestigkeit aufweist, falls keine zusätzlichen konstruktiven Maßnahmen
getroffen werden. Wird dagegen die Preßform im sogenannten Einblasverfahren mit
Holzspänen gefüllt, bei dem die Holzspäne in einem Luftstrom in die Form eingetragen
werden, erfolgt keine statistische Verteilung in der Ausrichtung der Holzspäne,
sondern diese werden entsprechend der örtlichen Strömungsrichtung der Förderluft
in bevorzugter Ausrichtung in der Preßform abgelagert. Dabei können die Holzspäne
in manchen Fällen stellenweise günstig liegen, meist jedoch liegen sie im Hinblick
auf die Hauptbelastungsrichtung des Formteils ungunstig. Auf die Ausrichtung der
Holzspäne konnte bislang kein Einfluß genommen werden, so daß oftmals durch die
Ablagerung der Holzspäne in einer bevorzugten aber ungünstigen Richtung das Preßformteil
unerwünschte Schwächungsstellen aufweist, so daß das Formteil in seinen Abmessungen,
insbesondere seiner Wandstärke, überdimensioniert werden mußte, um sicherzustellen,
daß auch bei ungünstiger Ausrichtung der eingebrachten Holzspäne in der Preßform
eine ausreichende Festigkeit des Preßlings gewährleistet war.
-
Dieses Problem tritt nicht nur bei der Herstellung von Formteilen
aus einem Gemisch von Holzspänen und Leim auf, sondern in der Regel bei allen Werkstücken,
die aus einem faserigen Stoff und einem Bindemittel hergestellt werden, wie es beispielsweise
auch bei glasfaserverstärkten Polyester-, Epoxydharz- oder Polyamidformteilen odgl.
der Fall ist.
-
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, bei aus Faserstoffen und einem
Bindemittel hergestellten Formteilen an besonders beanspruchten Stellen und Zonen
eine solche Ausrichtung der Faserstoffe zu erreichen,
daß diese
mit ihrer Hauptbeanspruchungsrichtung in Richtung der Hauptbelastungslinien des
Formteils ausgerichtet sind.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Form nach
Einbringen des Fasergutes in eine gerichtete Rüttelbewegung versetzt wird, wodurch
sich die Fasern quer zur Rüttelbewegung ausrichten.
-
Die Ausrichtung der Faserbestandteile kann durch in der Form angebrachte
formgebende Sicken unterstützt oder in gewünschte Richtungen gelenkt werden die
nicht unmittelbar senkrecht zu der Rüttelbewegung verlaufen. Anstelle von Sicken
können auch geriffelte Unterbleche in der Form vorgesehen werden Die Unterbleche
können gegebenenfalls als Verstärkungselemente für das Formteil ausgebildet sein,
und nach dem Form- und gegebenenfalls Preßvorgang in dem Formteil verbleiben. Zur
Erzielung einer besseren Verbindung dieser Verstärkungselemente können diese Durchbrüche
aufweisen, deren Durchmesser vorzugsweise kleiner als die Länge der Fasern des Preßgutes
ist.
-
In Weiterbildung der Erfindung wird die Ausrichtung der Faserstoffe
der Füllmasse dadurch bewirkt, daß die Faserteilchen durch Rütteln oder Einblasen
von Luft in der Schwebe gehalten werden und dabei in einem angelegten elektrostatischen
Feld geeigneter Feldstärke eine Ausrichtung in Richtung der elektrischen Feldlinien
erfahren, Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die insbesondere
bei der Herstellung von Preßformteilen aus einer mit einem Bindemittel versehenen
Fasermasse, beispielsweise einem Gemisch von Holzspänen und Leim, zur Anwendung
gelangt, wird die Preßmasse
nicht in der Preßform selbst ausgerichtet,
sondern außerhalb derselben in einer Hilfsform. Erst nachdem die Fasermasse in der
Hilfsform eine ausreichende Ausrichtung erfahren hat, wird dieser Faserkuchen, nachdem
er gegebenenfalls zuvor noch zusätzlich fixiert worden ist, in die eigentliche Preßform
zum Verpressen eingebracht.
-
Durch diese Maßnahme wird die Liegezeit der Preßmasse in der geheizten
Preßform verkürzt, wodurch ein höherer Ausstoß an Preßteilen und damit eine rationellere
Fertigung erreicht wird, weil die Ausrichtung der Faserteile in der Preßmasse, die
einige Zeit in Anspruch nimmt, in mehreren einfach herzustellenden Hilfsformen gleichzeitig
erfolgen kann, Die Übertragung des ausgerichteten Faserkuchens von der Hilfsform
in die Preßform erfolgt dabei unter anderem in der Weise, daß der Faserkuchen beispielsweise
durch Stürzen auf ein Tablett gebracht und von diesem in die Preßform abgestreift
wird. Dieser Vorgang kann dadurch erleicXert werden, daß zwischen der unteren Lage
und dem Faserkuchen eine Zwischenschicht aus Papier odgl. gelegt wird, die dann
zusammen mit dem Faserkuchen in die Preßform gebracht und mitverpreßt wird.
-
Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels,
das an dem Beispiel der Herstellung einer Transportpalette aus Holzspänen und einem
Leim verdeutlicht wird, näher beschrieben.
-
Von den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig, 1 eine Draufsicht auf
eine Transportpalette
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Preßform mit
Unterblechen und Fig. 3 eine Vorrichtung zur Ausrichtung der Fasern der Preßmasse
in einem gerichteten Luftstrom.
-
In Fig. 1 ist eine Transportpalette in Draufsicht gezeigt, Derartige
Paletten dienen der Aufnahme von Stapelgut, das mittels Gabelstaplern bewegt werden
soll. Solche Paletten bestehen aus einer Plattform 1, die auf Füßen 2, 3 und 4 steht,
die in die Plattform eingeformt sind und zwischen denen ein freier Durchgang ausgebildet
ist, so daß ein Gabelstapler zur Aufnahme der Palette mit seinen Gabeln im Bereich
der freien Durchgänge zwischen die Füße unter die Palette greifen und diese gegebenenfalls
zusammen mit dem daraufb efindlichen Stap elgut anheben und transportieren kann,
Die Hauptbelastungslinien bei derartigen Transportpaletten sind in Fig, 1 mit 5
bezeichnet, während die bevorzugten Bruchlinien bei Überlastung oder unsachgemäßer
Handhabung der Paletten mit den Bezugszeichen 7 und 8 versehen sind, Werden derartige
Transportpaletten als einstückige Preßformteile aus zellulosischen Faserstoffen
hergestellt, so ergibt sich bei der Herstellung derselben durch einen Preßvorgang
die Notwendigkeit, das gesamte Werkstück mit einer solchen Wandstärke zu dimensionieren,
daß bei sachgemäßem Gebrauch keine Materialbrüche auftreten. Dabei muß in Kauf genommen
werden, daß weniger stark beanspruchte Teile der Palette überdimensioniert sind,
während Teile die großer Belastung ausgesetzt sind
aus Gewichts-
und Kostengründen gerade so dimensioniert werden, daß die erforderliche Festigkeit
erreicht wird, auch für den Fall, daß eine ungünstige Ausrichtung der zellulosischen
Faserstoffe beim Einbringen derselben in die Preßform erfolgt.
-
Die Gefahr einer ungünstigen Ausrichtung der zellulosischen Fasern
ist am geringsten, wenn die Preßmasse in die Form geschüttet wird, da hierbei in
der Regel eine statistische Verteilung der zellulosischen Fasern bezüglich ihrer
Lage und ihrer Konzentration erfolgt, Ungünstiger liegt der Fall, wenn das zellulosische
Fasermaterial mittels eines Luftstromes in die Preßform eingetragen wird, da hierbei
durch die Strömungsrichtung der Förderluft eine bevorzugte Ausrichtung der Holzfasern
in der Preßform erfolgt, die jedoch willkürlich und nicht steuerbar ist, so daß
bei ungünstigen Umständen besonders schwache Stellen in Bezug auf die Hauptbeanspruchungsrichtung
in dem Werkstück entstehen können.
-
Wird dagegen durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen dafür Sorge getragen,
daß eine gesteuerte Ausrichtung des zellulosischen Fasernmaterials in der Preßform
oder außerhalb derselben in einer Hilfsform erfolgt, kann bei gleicher Materialstärke
eine wesentlich höhere Festigkeit der Transportpalette erreicht werden, oder bei
gleicher Festigkeit auf eine erheblich geringere Wandstärke des Preßformteils gegangen
werden, so daß Material und Gewicht eingespart wird.
-
Bei der in Fig. 1 gezeigten Transportpalette wird eine optimale Festigkeit
dann erreicht, wenn die Holzspäne in Richtung der Linien 5 ausgerichtet werden.
Zu diesem Zweck wird das zellulosische Fasermaterial 9,
in vorliegendem
Fall Holzspäne, zusammen mit dem Bindemittel als homogene Preßmasse in die Form
10 geschüttet. Anschließend wird die Form in eine liniare Rüttelbewegung versetzt,
wie es in Fig. 2 durch den Pfeil A angedeutet ist.
-
Dabei erfolgt eine erste Ausrichtung der Holzspäne mit ihrer Längsachse
quer zur Rüttelbewegung. Die Ausrichtung kann nun dadurch unterstützt werden, daß
an der Unterseite der Form Sicken ausgebildet sind, die in Richtung der Linien 5
in Fig. 1 verlaufen, und zwischen denen sich die Holzspäne parallel ausrichten,
Die Sicken ergeben dann gleichzeitig eine zusätzliche Versträkung in den Hauptbeanspruchungsrichtungen,
Anstelle der nicht dargestellten Sicken können in der Form 10 auch Unterbleche 11
vorgesehen werden, deren Verlauf ebenfalls entsprechend der Linien 5 gewählt wird.
Die Unterbleche 11 können entweder fest mit der Form 10 verbunden oder in diese
lose eingelegt sein, in welchem Falle dann die Möglichkeit gegeben ist, die Unterbleche
11 beim Preßvorgang als zusätzliche Verstärkungselemente in das Formteil zu integrieren.
-
Die Preßformen können so ausgebildet sein, daß sie der Presse leicht
entnommen und mit einer getrennten Rüttelvorrichtung verbunden werden können. Erst
nachdem eine Ausrichtung der Holzspäne in der gewünschten Art und Weise erfolgt
ist, wird die Preßform wieder in die Presse eingesetzt, Bei dem anschließenden Preßvorgang
bleibt die Orientierung und Ausrichtung der Holzspäne während des Preßvorgangs erhalten,
ohne daß eine ständige Rüttelbewegung stattfindet.
-
Sollen dagegen bereits vorhandene Pressen mit nicht oder nur schwer
herausnehmbaren Preßformen auf das erfindungsgemäße Verfahren umgerüstet werden,
kann die Ausrichtung der Holzspäne in einer Hilfsform vorgenommen werden. Aus der
Hilfsform wird der ausgerichtete Faserkuchen dann in die eigentliche Preßform überführt
und dort verpreßt, Die Unterbleche 11 können geriffelt oder lamellenförmig ausgebildet
sein und gegebenenfalls Durchbrüche aufweisen, um eine gute Verankerung derselben
in dem Formteil zu erzielen, wenn die Unterbleche 11 nach dem Verpressen als Verstärkungselemente
in dem Formteil verbleiben sollen.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal vorliegender Erfindung erfolgt die Ausrichtung
der in die Form 10 geschütteten Holz späne 9 in der Weise, daß diese durch eine
Rüttelbewegung mit starker horizontaler Komponente der durch Einblasen von Luft
von der Unterseite der Form her in der Schwebe gehalten und in einem elektrostatischen
Feld mit geeignetem Verlauf der Feldlinien und geeigneter Feldstärke ausgesetzt
werden, so daß sich die Holzspäne parallel zu den Feldlinien ausrichten, Die Ausrichtung
der Feldlinien des elektrostatischen Feldes bereitet dabei keinerlei Schwierigkeiten.
-
Werden z. B, bei der in Fig. 1 gezeigten Transportpalette an den vier
Ecken im Bereich der Füße 3 Elektroden angebracht, die abwechselnd mit dem Plus-
und Minuspol einer Spannungsquelle mit geeigneter Spannung verbunden sind, so entsteht
ein elektrisches Feld, dessen Feldlinien ungefähr entsprechend den Linien 5 verlaufen,
Da
sich die Holzspäne in ihrer Längsrichtung parallel zu diesen Feldlinien ausrichten,
kann auf diese Weise besonders einfach die gewünschte Orientierung der einzelnen
Holzspäne erreicht werden. Die Ausrichtung der Holzspäne bleibt erhalten, wenn zunächst
die der Form erteilte Rüttelbewegung oder gegebenenfalls der von der Unterseite
in die Form eingeblasene Luftstrom abgeschaltet wird, so daß sich die ausgerichteten
Holzspäne absetzen können, wonach dann das elektrische Feld ebenfalls abgeschaltet
und der eigentliche Preßvorgang eingeleitet werden kann, Besonders durch dieses
Verfahren ist es in relativ einfacher Weise möglich die Ausrichtung der Holzspäne
in der Preßform zu bewerkstelligen, da die Elektroden leicht an den Punkten der
Form angeordnet werden können, von denen die Hauptbelastungen des Formteils ausgehen,
so daß aufgrund des Feldlinienverlaufs des angelegten elektrostatischen Feldes automatisch
die für eine optimale Festigkeit des Werkstückes günstigste Ausrichtung der Holzspäne
in der Form erfolgt, Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
wird das auf einen Sieb- oder Lochblecheinsatz 12 (vgl. Fig, 3) geschüttete Preßgut
9 von der Unterseite her über eine Hauptkammer 13 mit einem Luftstrom beaufschlagt,
der nach einer Umlenkung um 1800 nach unten über gerichtete Abluftkanäle 14 abgeführt
wird. Auch hierbei erfolgt entsprechend dem Verlauf der Abluftkanäle 14 eine Ausrichtung
der Faserteile des Preßgutes 9 in Richtung dieser Kanäle 14, Wie Versuche ergeben
haben, ist es zur Erhöhung der Festigkeit von aus Holzspänen und Leim hergestellten
Transportpaletten nicht notwendig, die Holzspäne über den gesamten Querschnitt der
Wandstärke auszurichten, Die an den Oberflächen liegenden Späne sind nämlich
in
wesentlich stärkerem Maße für die Festigkeit des Werkstückes verantwortlich als
die weiter innen, im Bereich der neutralen Faser liegenden Späne. Aus diesem Grunde
ist es sinnvoll, die Ausrichtung der Holzspäne an der Oberseite durch ein elektrostatisches
Feld zu bewirken, während die Ausrichtung an der Unterseite gleichzeitig oder in
einem getrennten Vorgang durch einen gerichteten Luftstrom vorgenommen wird.
-
Durch die Kombination beider Verfahren zum Ausrichten der in die Form
eingebrachten Holzspäne lediglich an der Oberfläche des Werkstückes kann die Herstellungszeit
erfindungsgemäßer Tran sportpaletten durch Verkürzung der Zeit für die Ausrichtung
der Holzspäne in der Form erheblich verkürzt werden.
-
Ebenso läßt sich das elektrostatische Verfahren zum Ausrichten der
Holzspäne mit dem durch Rüttelbewegungen arbeitenden Verfahren in vorteilhafter
Weise kombinieren,