DE2545141A1

DE2545141A1 - Vorrichtung zum herstellen eines geschaeumten formteils aus vorexpandiertem polystyrol

Info

Publication number: DE2545141A1
Application number: DE19752545141
Authority: DE
Inventors: Hans Ulrich Dipl Ing Hauser; Walter Kilchenmann; Klaus Oscar Dipl I Schnellmann
Original assignee: Bucher Guyer AG
Current assignee: Bucher Guyer AG
Priority date: 1974-10-31
Filing date: 1975-10-08
Publication date: 1976-05-13
Also published as: US4083665A; CH573303A5; FR2289322A1; JPS5167371A

Description

Bucher-Guyer AG Maschinenfabrik Niederweningen

(Schweiz)

8. Oktober 1975

Vorrichtung zum Herstellen eines geschäumten Formteils aus vorexpandiertem Polystyrol

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines geschäumten Formteils aus vorexpandiertem Polystyrol mit einem Formhohlraum, welcher zumindest im Bereiche einer seiner Wandungen durch Durchlässe derselben mit einer Dampfkammer kommuniziert.

Die Erfindung verfolgt den Zweck, Formteile mit relativ zum Kern höher verdichteter, verhältnismässig harter Aussenschicht zu schaffen, welche höheren Anforderungen inbezug auf Formstabilität und Verschleissfestigkeit genügen und beispielsweise anstelle von bislang aus Holz gefertigten Bauelementen verwendet werden können.

In der Erkenntnis, dass der Verschäumunsgrad und die hieraus resultierende Materialdichte des Formteils in Abhängigkeit zur Wärmeeinwirkung steht, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht,

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nach einem ersten Dampfstoss, bei dem die Dampftemperatur so bestimmt ist, dass in den Kernpartien des Formteils eine gleichmassige, im Verschäumungsgrad begrenzte Verschäumung des Polystyrolgranulates erreicht wird, im gleichen Bedampfungszyklus durch Steigerung der Dampftemperatur im wesentlichen nur noch der Aussenschicht des Formteiles Wärme zugeführt und dabei in dieser_ Schicht eine optimale Verschäumung des Polystyrolgranulates bewerkstelligt wird. Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemässe Vorrichtung so ausgebildet, dass jeder Durchlass durch eine auf die Dampftemperatur ansprechende Ventilanordnung gesteuert ist, welche den Durchlass abschliesst, wenn die Dampftemperatur eine für ein begrenztes Ausschäumen vorgesehene Temperaturstufe übersteigt.

Dank dieser Ausbildung ist es möglich, nach einer ersten Bedampf ungsphase, während der das Granulat in dem Formhohlraum gleichmässig begrenzt ausgeschäumt wird, in einer zweiten Bedampf ungsphase überhitzten Dampf in die Dampfkammer einzuführen, der -da die Schliesskörper unter der Wirkung der steigenden Temperatur die Durchlässe verschliessen- nur noch zeitlich und in der Eindringtiefe begrenzt in den Formhohlraum gelangen kann, danach aber durch Aufheizen der Formwandung nur noch an der Oberfläche des Formlings wärmewirksam werden kann und dadurch in der äusseren Schicht des Formlings mit einem hohen Verschäumungsgrad einen Schmelzprozess des Polystyrolgranulates einleitet. Anders gesagt kann dabei also in der ersten Stufe eine gleichmässig durchschäumte, homogene Innenstruktur erreicht werden, wobei unmittelbar darauffolgend das in der ersten Stufe aufgeweichte Polystyrolgranulat im Bereiche der

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Oberfläche des Formteils durch die Wärmekonzentration in diesem Bereich während der zweiten Stufe in die dichte, harte Aussenschicht übergeführt wird. Die homogene Innenstruktur bleibt dabei erhalten und gewährleistet die grösstmögliche Verzugsfreiheit des Formteiles. Wesentlich dabei ist, dass die Durchlässe während der zweiten Bedampfungsphase verschlossen sind, so dass sie nicht durch das Eindringen von geschmolzenem Material verstopft werden können.

In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigen

Figur 1 eine geöffnete Bedampfungsform, wobei die linke Formhälfte im Schnitt und die rechte Formhälfte nur andeutungsweise dargestellt ist

Figuren 2 und 3

eine Einzelheit aus der Figur 1 im grösseren Massstab, wobei Fig. 2 einen Schnitt gem. der Linie H-II der Fig. 3 darstellt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Bedampfungsform ist der Form_- mantelteil mit 1 und der Formkernteil mit 2 bezeichnet. Der Formkernteil 2 ist durch nicht gezeichnete Antriebsmittel in Richtung zum Formmantelteil 1 bewegbar und bildet mit dem letzteren in der Formschliessstellung einen geschlossenen Formhohlraum 3, in dem der Formteil gebildet wird.

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Beim Formmantelteil 1 umschliessen eine Basisplatte 4 und Wände 5 eine Dampfkammer 6. Im Zentrum der Dampfkammer 6 mündet eine Dampfzuleitung 8. Die Dampfkammer 6 steht über die Basisplatte 4 durchsetzende Dampfdurchlässe 12 mit dem Formhohlraum 3 in Leitungsverbindung. Die diesbezüglichen Einzelheiten sind im grösseren Massstab aus den Figuren 2 und 3 zu entnehmen.

Danach ist bei jedem Durchlass 12 in der Basisplatte 4 ein zylindrischer Durchbruch 13 vorgesehen, der einen topfförmigen Einsatz 14 aufnimmt. In diesem befindet sich ein zylindrischer Schliesskörper 15, der an dem Boden 11 des Einsatzes 14 aufliegt und dem Boden benachbart, bei 16 abgesetzt ist. Im Boden 11 und in dem angrenzenden Mantelteil des Einsatzes 14 sind Ausnehmungen 17 vorgesehen (vgl. auch Fig. 3), so dass der Dampf von der (gem. Fig.2) linken Seite der Basisplatte 4 durch diese Ausnehmungen und an der Absetzung vorbei in den ringförmigen Durchlass 12' zwischen dem Schliesskörper und dem Mantel 10 des Einsatzes 14 und von dort in den Formhohlraum 3 gelangen kann. Nach der anderen Seite kommunizieren diese Ausnehmungen 17 selbstverständlich mit der Dampfkammer 6. Die freie Stirnfläche 19 des durch eine Schraube 18 im Einsatz 14 gehaltenen Schliesskörpers 15 ist mit der entsprechenden Fläche der Basisplatte, d.h. mit der Wandung des Formhohlraumes beinahe bündig.

Der Schliesskörper 15 ist nun aus einem Material gewählt, das im Vergleich zu demjenigen des Einsatzes 14 bzw. der Basis-

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platte 4 einen wesentlich höheren Wärmedehnungskoeffizienten besitzt, derart, dass in Abhängigkeit von der Dampftemperatur der Durchlass 12' (wie dargestellt) geöffnet oder -wenn der Schliesskörper zufolge Wärmedehnung auf dem ihm zugeordneten Sitz 20 des Einsatzes aufruht- geschlossen ist. Durch entsprechende Wahl des Materials bzw. der Abmessungen wird die Anordnung so getroffen, dass die Durchlässe 12 geschlossen werden, wenn die Dampftemperatur eine für ein begrenztes Ausschäumen vorgesehene Temperaturstufe übersteigt. Zufolge der Wärmedehnung des Schliesskörpers 15 in axialer Richtung kommt die Stirnfläche 19 in der Stirnebene des Mantels 10 zu liegen.

Beispielsweise kann mit der beschriebenen Vorrichtung wie folgt gearbeitet werden:

In einer ersten Bedampfungsphase erfolgt das Ausschäumen der in dem Formhohlraum befindlichen Polystyrolschüttung mit einem Niederdruck 2 atü, wobei die ganze Formmasse mit Dampf durchdrungen und vorerst bei einer einheitlichen Zellstruktur verschäumt wird. In einer zweiten Bedampfungsphase wird Dampf mit erhöhter Temperatur (beispielsweise über 120⁰C) zugeführt. Dieser Dampf kann zwar noch kurzzeitig in den Formhohlruam gelangen, jedoch nur mit geringer Eindringtiefe, da die Schliesskörper die Durchlässe 12' abschliessen. Der wärmere Dampf ist mithin in der zweiten Bedampfungsphase nur in einer äusseren Schicht des Formlings wirksam, um dort bei einem höheren Ver-

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schäumungsgrad einen Schmelzprozess der Polystyrolperlen einzuleiten. Danach aber ist der Dampf nur noch an den Wandungen des Formhohlraumes wirksam, wobei die dadurch entstehende Wärmekonzentration auf das Polystyrol nur noch örtlich im Bereiche dieser Wandungen einwirkt und das Material zum Schmelzen bringt. Diese derart in einer Aussenschicht des Formlings erzeugte Schmelze wird im anschliessenden Kühlprozess in den Festzustand übergeführt, wobei der Formteil eine geglättete, formbeständige und verschleissfeste Aussenhaut erhält. In den Kernpartien dagegen, bei denen der Schäumprozess nur bis zur Erweichung der Polystyrolperlen getrieben wurde, bilden diese -miteinander im Erstarrungszustand verschweisst- eine homogene Masse von geringem Raumgewicht, das dem (steifen und verschleissfesten) Formling die Leichtigkeit und eine hohe Wärmeisolierfähigkeit gibt.

Zweckmässigerweise liegt die Dampftemperatür in der zweiten Bedampf ungsphase zwischen 120⁰C und 250⁰C, wobei die Erhöhung der Temperatur entweder mit Hilfe eines Dampfüberhitzers oder durch Erhöhung des Dampfdruckes bewerkstelligt werden kann. Auf die zweite Bedampfungsphase folgt die Kühlphase (ggf. unter Zwischenschaltung einer weiteren Bedampfungsphase, in der die Dampftemperatur wieder unter 120⁰C reduziert wird, wobei die Schliesskörper 15 die Durchlässe 12" wieder freigeben.·

Dank der beschriebenen Vorkehrungen ist ein Verstopfen der Durchlässe durch das geschmolzene Material beim Bilden der harten, verschleissfesten Aussenhaut des Formteiles ausgeschlossen, wobei letztere auch im Bereiche der Durchlässe glattwandig ist. Als geeignetes Material für die Schliesskörper kann

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ebenfalls ein Kunststoff (z.B. Teflon) gewählt werden, dessen Erweichungstemperatur natürlich über derjenigen des zu verarbeitenden Materials liegen muss. Es versteht sich indessen, dass die Schliesskörper auch aus einem anderen geeigneten Material bestehen können.

Eine grosse Variationsfreiheit ist dem Fachmann auch inbezug auf die Gestaltung der eigentlichen Ventilanordnung gegeben, die vorstehend anhand eines Schliesskörpers und eines zugeordneten Sitzes beschrieben wurde. So kann z.B. der Sitz bzw. die zugeordnete Gegenfläche des Schliesskörpers kegelmantelförmig ausgebildet sein, wobei (im Gegensatz zu der dargestellten Ausführung) nicht die radiale, sondern die axiale Dehnung des Schliesskörpers 2 ausgenützt wird. Denkbar ist auch, den Schliesskörper nicht aus einem einzigen Material, sondern aus einer geeigneten Materialkombination anzufertigen, in der mindestens ein Element die Rolle des Wärmedehnungsgliedes übernimmt.

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zum Herstellen eines geschäumten Formteiles aus vorexpandiertem Polystyrol, mit einem Formhohlraum, welcher zumindest im Bereiche einer seiner Wandungen durch Durchlässe derselben mit einer Dampfkammer kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Durchlass durch eine auf die Dampftemperatur ansprechende Ventilanordnung gesteuert ist, welche den Durchlassabschliesst, wenn die Dampftemperatur eine für eine begrenztes Ausschäumen vorgesehene Temperaturstufe übersteigt.
2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Durchlass zwischen einem Schliesskörper und einem diesem zugeordneten Sitz gebildet ist, wobei das Material des Schliesskörpers und die lichte Weite des Durchlasses so gewählt sind, dass der Schliesskörper zufolge Wärmedehnung mit dem Sitz in Berührung kommt, wenn die Dampftemperatur die besagte Temperaturstufe übersteigt.
3.) Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schliesskörper bezüglich des Sitzes ortsfest gehaltert ist.
4.) Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung des Schliesskörpers an der Wandung des Formhohlraumes verankert ist.

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5.) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schliesskörper und der Sitz zylindrische Wirkflächen aufweisen.
6.) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schliesskörper dund der Sitz kegelmantelförmige Wirkflächen aufweisen.
7.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schliesskörper in Schliessstellung sich bis in die Mündung des Durchlasses in den Formhohlraum erstreckt und eine mit der Wandung des Formhohlraumes bündige Begrenzungsfläche aufweist.
8.) Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schliesskörper in einem Gehäuse angeordnet und dieses in einer Ausnehmung der Wandung des Formhohlraumes eingesetzt ist.
9.) Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse topfförmig ausgebildet und der Schliesskörper am Boden des Gehäuses verankert ist.
10.) Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Boden zugekehrte Teil des Schliesskörpers abgesetzt ist und dass der Boden im Bereiche der Absetzung Durchlässe aufweist.
11.) Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Boden abegkehrte Stirnfläche des Schliesskörpers in Schliessstellung in der Ebene des Randes des Gehäuses liegt.

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12.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schliesskörper auf dem Sitz, etwa bei einer Dampftemperatur von 120° C zum Aufruhen kommt.

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