DE2539674A1

DE2539674A1 - Verfahren zum kontinuierlichen herstellen von stangen, voll- und hohlprofilen aus pulver-, faser- oder spanfoermigen werkstoffen, vorzugsweise aus ligno- zellulose, die mit bindemitteln versehen sind

Info

Publication number: DE2539674A1
Application number: DE19752539674
Authority: DE
Inventors: Guenter H Kiss; Dietrich Prof Dr Ing Ruppin
Original assignee: KISS CONSULTING ENG
Current assignee: KISS CONSULTING ENG
Priority date: 1975-09-04
Filing date: 1975-09-04
Publication date: 1977-03-10
Also published as: DE2539674C3; DE2539674B2

Description

Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Stangen, Voll-und Hohiprofilen aus pulver-, faser- oder spanförmigen Werkstoffen, vorzugsweise aus Ligno-Zellulose, die mit Bindemitteln versehen sind.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierjichen Herstellen von Stangen, Rohren und Voll- oder Hohlprofilen beliebiger Querschnitte aus pulver-, faser- oder sponförmigen Werkstoffen, die mit einem geeigneten Bindemittel versehen sind, wobei vorzugsweise Ligno-Zellulosewerkstoffe Verwendung finden sollen, durch schubweises Verdichten.
Es ist bekannt, dass spanförmiges Ausgangsgut durch schubweises Verdichten in einem Zwischenraum zwischen ebenen Platten zu Spanplatten geformt werden kann (DBP 1 060 129). Hierbei können in die Platten Hohlräume dadurch eingebracht werden, dass durch den plattenförmigen Verdichtungskolben entsprechende stehende Dorne geführt werden, die außerhalb des Verdichtungskolbens am Maschinenrahmen befestigt sind. Der Antrieb des Verdichtungskolbens erfolgt beim Stand der Technik durch Exzenter oder Kurbelantrieb.
Die dem Stand der Technik entsprechende Verwendung von spanförmigem Verdichtungsgut hat zur Folge, dass bei jedem Hub eine bevorzugte Orientierung der Späne quer zur Hubrichtung erfolgt, wodurch das Preßgut innere Trennebenen enthält und nur geringe mechanische Festigkeit aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den beschriebenen Stand der Technik zu verbessern und dadurch zu erreichen, dass Stangen und Profile durch Schubstangenpressen kontinuierlich gefertigt werden können, die gute mechanische Festigkeiten besitzen und deren Oberflächen eine verbesserte GUte aufweisen. Dies soll -erfindungsgemäß dadurch geschehen, dass die Querschnittfläche des Verdichtungsschachtes größer als die des gefertigten Profiles ist und das Pressgut aus einem Gemisch von pulverförmigem FUllmaterial und faser- oder spanförmigem Trägermaterial besteht, das teilweise fließfähig ist und dadurch erst zu einer gleichmäßigen Verdichtung fUhrt. Die gleichmäßige Verdichtung wird auch dadurch erreicht, dass das Pressgut in einem vorgeschalteten Arbeitsgang zu Granulat vorverdichtet wird.
Bei den zutun Stand der Technik gehörenden Verfahren entspricht der Querschnitt der gefertigten Spanplatten dem des Füllschachtes bzw. des Plattenkolbens (DBP 1 060 129) oder wird durch VerjUngung der Dorne vergrößert (DBP 977 639). Die bei jedem Hub durch die Spanorientierung entstehenden Trennebenen werden daher nicht verformt. Hieraus ergibt sich eine stark verminderte mechanische Festikeit des Produktes.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Querschnitt der formgebenden Werkzeuge kleiner als der des Verdichtungsschachtes.
Der Übergang zwischen Verdichtungsschacht und ProFilquerschnitt soll vorzugsweise kontinuierlich erfolgen. Beim Durchschub des verdichteten Pressgutes durch diese Reduktionsstelle ergibt sich eine zusätzliche Verformung des Werkstoffes und somit auch möglicher Trennebenen, die bei diesem Durchknetungsvorgang weitgehend beseitigt werden.
Durch das Vorverdichten zu Granulat wird das Pressgut besser rieselfähig, besonders dann, wenn die Form des Granulates annähernd kugelförmig ist. Damit vereinfacht sich sowohl die Werkstoffzufuhrung für den kontinuierlichen Arbeitsvorgang als auch das Einhalten eines möglichst gleichmässigen Schuttgewichtes, das für eine einwandfreie Produktgute notwendig ist. DarUber hinaus verringert sich der Staubanteil, wodurch die Umweltfreundlichkeit des Arbeitsvorganges verbessert wird. Weiterhin wird durch das Vorverdichten zu Granulat eine Trennung von Pressgutteilchen unterschiedlicher Korngröße sicher verhindert.
Als Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich: - Vereinfachte Werkstoffzutuhr fUr ein kontinuierliches Fertigungsverfahren, - verbesserte Gleichmäßigkeit der SchUttdichte, - Verringerung des Staubonfalles, - zusätzliche Durchlcnetung des Werkstoffes und damit - Verbesserung seiner mechanischen Festigkeit, weil z.B.
bei orientierungsfähigem Pressgut, die bei schubförmiger Verdichtung möglicherweise auftretenden Trennebenen zusätzlich verformt und dadurch verzahnt werden.
Weiterhin ermöglicht die Umformung des Werkstoffes in der Reduktionsstelle infolge der hier auftretenden Umformwiderstände eine bessere Verdichtung. Gegebenenfalls kann auch die Werkzeuglänge gegenüber dem bisherigen Stand der Technik herabgesetzt werden, da auf einen Teil der Reibungskräfte, die zum Aufbau eines Gegendruckes notwendig sind, verzichtet werden kann.
Über die beschriebenen Vorzüge hinaus hat die Verwendung von vorverdichtetem Granulat erfindungsgemäß den Vorteil, dass es vor dem Verpressen zusätzlich an seiner Oberfläche (ggf. mit einem dritten Bindemittel) beleimt werden kann, um ein netzartiges Stützgerüst von höherfesten Beleimungszonen zu erhalten. Die Struktur dieses Stütznetzwerkes kann durch Art und Menge der Beleimung, sowie durch die Korngröße des Granulates vorgegeben werden.
Zum Binden des Granulates kann sowohl das für das Pressprodukt vorgesehene Bindemittel ganz oder teilweise herangezogen werden, als auch ein zweites zusätzliches Bindemittel Verwendung finden (beispielsweise Ligninsulfonat oder Dextrin). Das Vorverdichten zu Granulat hat bei faser- und spanförmigen Ausgangswerkstoffen den zusätzlichen Vorteil, dass eine unerwünschte Ausrichtung der Fasern und Späne quer zur Produktachse infolge der Verdichtungsschube unterbunden wird. Gleichzeitig bewirkt der Werkstofffluß in der Reduktionsstelle eine bevorzugte Ausrichtung der Fasern und Späne in Richtung der Produktachse.
Werden bei dem Vorverdichten zu Granulat zusdtzliche Bindemittel verwendet, so soll es erfindungsgemcn möglich sein, das Granulat vor oder im Verdichtungsschacht aufzuschließen. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von Heißdampf geschehen. Das Anwenden von Heißdampf kann auch vorgesehen werden, um die Pressmasse in ihren Fließeigenschaften zu verbessern.
Der Antrieb des Verdichtungskolbens kann durch an sich bekannte Hilfsvorrichtungen - wie beispielsweise Kurbelantriebe, Exzenter oder schwingende Luftkolben - erfolgen. Die Stirnseite des Verdichtungskolbens, die jeweils mit dem Pressgut in Berührung kommt, kann erfindungsgemäss eine beliebige, räumlich gestaffelte Geometrie besitzen (beispielsweise Stirnverzahnung). Hierdurch wird erreicht, dass die Trennebenen zwischen den Verdichtungshüben räumlich verzahnt ausgebildet werden, und somit ein besserer Materialverbund entsteht. Zusätzlich kann die besagte Geometrie des Kolbenbodens so ausgeführt werden, dass sie ein Entlüften des jeweiligen Verdichtungsvolumens begünstigt.
Die Bindemittel fUr die Werkstoffe, die bei dem erfindungsgemößen Verfahren vorzugsweise Verwendung finden sollen, werden in der Regel durch Wärme aktiviert. Die formgebenden Werkzeuge sind daher - auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren - meist heizbar.
Sie müssen hinreichend lang sein, damit das Produkt auf seinem Wege durch das Werkzeug durch das Abbinden die erforderliche mechanische Festigkeit erlangt. Da die Werkstoffe in der Regel schlechte Wärmeleiter sind, resultieren hieraus verhiltnismäßig lange Werkzeuge.
Eine Erwärmung des zu verpressenden bzw. des ganz oder teilweise verpressten Werkstoffes im Volumen ist beispielsweise durch Mikrowellen möglich. Hierbei verkürzen sich die notwendigen Heizzeiten und damit die benötigten Werkzeug längen. Erfindungsgemöss können daher die formgebenden Werkzeuge ganz oder teilweise aus einem mikrowellendurchlässigen Werkstoff gefertigt sein und die Wärmeaktivierung des Binders kann in diesem Falle mit Hilfe von Mikrowellen erfolgen. Weiterhin ist es bei dem erfindungsgemdssen Verfahren möglich das Werkzeug in Teilabschnitte zu unterteilen, die fluchtend und mit Abstand voneinander angeordnet sind. Zwischen den Werkzeugteilstrecken kann jeweils eine Mikrowellenheizung angeordnet werden.
Bei einer derartigen Anordnung ist es möglich die Kaliberöffnungen der Werkzeugteilstrecken unterschiedlich gross zu gestalten und damit ggf. Reibungskräfte zu vermindern.
Bei warm aushärtenden Bindemitteln hängt die Formstabilität des Produktes während des Aushärtevorganges von der Produkttemperatur ab. Um die Formstabilität zu verbessern, ist es bei dem erfindungsgemässen Verfahren daher vorgesehen ggf. das Werkstück kurz vor/ oder nach dem Verlassen des geheizten Werkzeuges, in dem die Aushärtung ein gewisses Stadium erreicht hat, schockähnlich abzukühlen. Hierdurch kann die Formstabilität des Produktes für die weitere Handhabung verbessert werden. Diese Kühlung kann beispielsweise durch direktes Aufsprühen verflüssigter Gase (beispielsweise Stickstoff) oder durch entsprechend angeordnete Kühlschlangen erfolgen.
Wird das Pressprodukt beim Austritt aus dem formgebenden Werkzeug nicht gekühlt, so besitzt es infolge seiner Eigenwärme und der noch nicht beendeten Aushärtung des Bindemittels eine gewisse plastische Verformbarkeit. Dies kann erfindungsgemöss zu einem Endkalibrieren und/oder zu einer Nachbehandlung der Oberfläche (Dessinieren) ausgenutzt werden. Hierzu wird dem Schubstrangpressen mindestens eine dem Stand der Technik entsprechende Ziehstufe oder eine Kalibrierwalze nachgeschaltet.
Werden Hohlprofile nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt, so erhält das Werkzeug einen Innendorn, der vorzugsweise durch den Schubkolben geführt wird und ausserhalb des Schubkolbens mit dem Maschinenrahmen ortsfest verbunden ist. Erfindungsgemäß soll es möglich sein, diesen Innendorn mit unterschiedlichem Querschnitt zu versehen (in der Regel konisch) und seine Aufhängung am Maschinenrahmen so auszubilden, dass er während des Profilpressens kontrolliert bewegt werden kann. Auf diese Weise können Profile mit unterschiedlichem Wandstörkenquerschnitt gefertigt werden.
Der Erfindungsgedanke sei nunmehr anhand der Fig. 1 - 3 näher erläutert und beschrieben, in denen das Verfahren am Beispiel des kontinuierlichen Strangpressens durch schubweises Verdichten dargestellt wird.
Fig. 1 zeigt anhand einer Schnittdarstellung das erfindungsgemäße Verfahren fUr das Herstellen einer Rundstange.
Fig. 2 erläutert das Verfahren anhand der Fertigung eines Rohres (Hohlprofiles) und Fig. 3 gibt eine schematische Übersicht Uber den Verfahrensablauf bei Erwärmung des Pressgutes mit Hilfe einer Mikrowellenheizung und einer nachgeschalteten Kalibrierstufe.
Fig. 1, bei der das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer Verdichtung des Pressgutes durch den periodisch bewegten Kolben (1) bewirkt wird, zeigt das Fertigen einer Rundstunge. Der periodisch bewegte Kolben (1), der mit Hilfe der Pleuelstange (3) und eines nicht mit dargestellten Kurbel- oder Exzenterantriebes bewegt wird, verdichtet das bereits vorverdichtete Granulat (4) im Verdichtungsschacht (5). Der Kolbenhub entspricht dem Weg (0. Über die Querschnittsreduktionsstrecke (6) wird das durch den Kolbenhub verdichtete Material (4' ) in die formgebende Werkzeugstrecke p) gepresst und bildet dort das gewunschte Profil (4" ) (Rundstange). Mit Hilfe des Heizmantels (8) kann das formgebende Werkzeug (7) beispielsweise mit entsprechend erwärmtem ÖI in Pfeilrichtung durchströmt und aufgeheizt werden. (9) ist eine RingdUse, durch die beispielsweise flüssiger Stickstoff auf das aus dem Werkzeug (7) austretende Profil gesprüht werden kann. Mit Hilfe der Verteilungsbleche (10) und der Vibrationsgeneratoren (11) kann der Zufluß des vorverdichteten Granulates (4) im Einfülltrichter (12) beeinflußt und geregelt werden.
Die Länge des formgebenden Werkzeuges (7) ist so bemessen, dass eine hinreichende Aushärtung des Bindemittels während des Vorschilbes erreicht wird. Die schockartige AbkUhlung des aus dem Werkzeug (7) austretenden Stranges (Profiles (4" )) mit Hilfe der RingdUse (9) bewirkt eine Zunahme der mechanischen Festigkeit des Profiles, so dass es handhabungsfähig wird.
Die Geometrie der Reduktionsstrecke (6) kann hierbei so ausgebildet werden, dass auch dann, wenn der Kreisquerschnitt der Bauelemente (1), (5) und (12) beibehalten wird, das Profil (4") einen anderen als Kreisquerschnitt aufweist, der erfindungsgemäß jedoch eine kleinere Querschnittsfläche besitzt als der Verdichtungsschacht (5).
In Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel der Fertigung eines Rohres (Hohlprofiles) dargestellt. In diesem Falle wird der Innenquerschnitt des Rohres durch den Hohldorn (14) geformt, der an der zum Maschinenrahmen ortsfesten BrUcke (13) befestigt ist. Mit Hilfe des Tauchrohres (15) kann dieser Dorn in Pfeilrichtung von einem flUssigen Heizmedium durchströmt werden. Das Bauelement (14) dient gleichzeitig als FUhrung fUr den mit dem periodischen Hub (A) bewegten Kolben (1'), dessen Antrieb beispielsweise durch ein Doppelpleuel (in Fig. 2 nicht mit dargestellt) Uber Exzenter oder Kurbel erfolgen kann. Die Bauelemente (5), (6) und (7) entsprechen in Ausbildung und Funktion denen der Fig. 1. Der aus dem formgebenden Werkzeug (7) austretende Rohrstrang (4" ) wird mit Hilfe der Ringdüse (9), wie schon in Fig. 1 erläutert, schockartig gekühlt und mechanisch handhabungsfahig gemacht.
Auch bei der Verfahrensdurchführung nach Fig. 2 kann bei entsprechender Gestaltung der Reduktionsstrecke (6) fUr Verdichtungsschacht und Kolben der Kreisquerschnitt beibehalten werden, wenn das Hohlprofil (4"') anderen als Kreisquerschnitt besitzt.
Fig. 3 erläutert eine erfindungsgemäße Fertigungsstrecke, bei der die Aushärtung des Bindemittels durch eine Mikrowellenheizung beschleunigt wird, und in der eine Ziehstufe zum Kalibrieren Anwendung findet, anhand des Fertigens einer Rundstange. Die Bauelemente (1) bis (6) und das Bauelement (10) entsprechen dabei in Aufbau und Funktion dem in Fig. 1 erläuterten.
Das Kurzwerkzeug (7') (umgeben von dem nicht mit dargestellten Heizmantel (8" )) formt den Strang vor. Hinter dem Kurzwerkzeug ist die Mikrowellenheizung (16) angeordnet, der ein weiteres formgebendes Kurzwerkzeug (7" ) nachgeschaltet ist. (Die Heizvorrichtung (8" ) für dieses Werkzeug ist ebenfalls nicht mit dargestellt). Nach dem Verlassen des zweiten formgebenden Kurzwerkzeuges (7 ") durchläuft das Profil die Ziehstufe (17) zum Kalibrieren und ggf. zur Oberflächenverbesserung. Die zum Durchlaufen der Ziehstufe benötigten Längskräfte werden mit Hilfe der Greifvorrichtung (18) und der Zugvorrichtung (19) (beispielsweise Seilzug) aufgebracht. In schon beschriebener Weise wird die gefertigte Stange mit Hilfe der RingdUse (9) nach dem Verlassen der Ziehstufe (die ggf. ouch heizbar ausgebildet sein kann) schockartig gekühlt und handhabungsfähig gemacht.

Claims

Patentunsprüche:

Verfahren zum Herstellen von Stangen, Voll- und Hohlprofilen aus vorzugsweise lignozellulosehaltigen pulver-, faser- oder spanförmigen Werkstoffen oder Gemischen aus solchen Werkstoffen, die mit einem geeigneten Bindemittel versehen sind, durch kontinuierliches oder diskontinuierliches Strangpressen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Querschnittsfläche des Verdichtungsschachtes größer als die des gefertigten Profiles ist, dass das Preßgut eine geeignete Korngröße hat und ggf. ein vorverdichtetes Granulat ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des vorverdichteten Granulates aus pulver-, faser- und/oder spanförmigen Preßgutwerkstoffen ein zusätzliches Bindemittel, wie beispielsweise Ligninsulfonat oder Dextrin, verwendet. wird.
3. Verfahren nach den AnsprUchen 1 . und 2., dadurch gekennzeichnet, dass das vorverdichtete Granulat vor dem Verpressen an seiner Oberfläche zusätzlich beleimt wird.
4. Verfahren nach den AnsprUchen 1. bis 3., dadurch gekennzeichnet, dass die fomgebenden Werkzeuge und/oder der Preßstempel und/oder der Verdichtungsschacht heizbar sind.
5. Verfahren nach den AnsprUchen 1. bis 4., dadurch gekennz e i c h n e t, dass das formgebende Werkzeug ganz oder teilweise aus mikrowellendurchlässigen Werkstoffen besteht, und die thermische Aktivierung des Bindemittels in diesem Bereich durch Mikrowellen erfolgt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1. bis 5., dadurch gekennzeichnet, dass die formgebenden Werkzeuge aus mindestens zwei hintereinander fluchtend angeordneten Werkzeugteilen bestehen, die so angeordnet sind, dass sich zwischen Ihnen eine Mikrowellenheizstrecke befindet.
7. Verfahren nach den AnsprUchen 1. bis 6., dadurch gekennzeichnet, dass die TemperaturfUhrung im formgebenden Werkzeug so erfolgt, dass die gefertigten Stangen oder Profile nach dem Austritt aus besagtem formgebenden Werkzeug noch verformungsfähig sind, und dass mindestens eine Zieh- und/oder Walzkalibrierstufe dem Strangpressen nachgeschaltet ist.
8. Verfahren nach den AnsprUchen 1. bis 7., dadurch gekennzeichnet, dass die Strangpressprodukte in und/oder hinter dem formgebenden Werkzeug gekühlt werden, wobei ggf. verflüssigte Gase Verwendung finden.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1. bis 8., dadurch gekennzeichnet, dass das vorverdichtete Granulat vor dem und/oder im Verdichtungsschacht beispielsweise durch Dämpfen aufgeschlossen wird.
10. Verfahren nach den AnsprUchen 1. bis 9., dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenfläche des Verdichtungsstempels nicht eben ist, sondern eine räumliche Staffelung aufweist.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 1. bis 10., dadurch gekennz e i c h n e t, dass die Innenflächen der formgebenden Werkzeuge mit Oberfl ächenschi ch ten .ganz oder teilweise versehen sind, die die Reibungsbeiwerte zwischen formgebendem Werkzeug und Pressgut verändern.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 1. bis 11., dadurch gekennzeichnet, dass beim Fertigen von Hohlprofilen die Innenwerkzeuge (Dorne) mit einem Uber ihrer Länge unterschiedlichen Querschnittsverlauf ausgebildet sind und in Längsrichtung der Hohlprofile kontrolliert bewegt werden können.