DE2622903C2

DE2622903C2 - Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Schaumstoff

Info

Publication number: DE2622903C2
Application number: DE2622903A
Authority: DE
Inventors: Albert Emile Durlinsdorf Ritter
Original assignee: Individual
Current assignee: He-Technic-Maschinenbau & Co Kg Glanegg At GmbH
Priority date: 1975-05-21
Filing date: 1976-05-21
Publication date: 1983-12-29
Also published as: NO761713L; SE411725B; HK47779A; GB1523506A; US4260571A; CH605091A5; SE7605713L; MY8000008A; DK223276A; DE2622903A1; NL7605462A; AU1416976A; AU502217B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Schaumstoff, bei welchem in einer ersten Verfahrensstufe die erforderliche Menge an thermoplastischem Kunststoff in Form von vorgeschäumten Kügelchen in eine vorgeheizte, wenigstens annähernd dem herzustellenden Formkörper entsprechende Form eingebracht wird, der die für das Schäumen erforderliche Wärmeenergie zugeführt wird, anschließend in einer zweiten Verfahrensstufe der durch teilweises Verschweißen der Kügelchen gebildete, aber noch formbare Formrohling im warmem Zustand aus der heißen Form entnommen wird, der Formrohling dann in einer dritten Verfahrensstufe in eine kühlere Form eingebracht wird, welche genau dem herzustellenden Formteil entspricht, und schließlich der Formkörper in einer vierten Verfahrensstufe aus der kühleren Form entnommen und vollständig abgekühlt wird.

Formkörper aus Schaumstoff, die auf diese Weise hergestellt werden, dienen insbesondere als Verpakkungsmaterial für Nahrungs- und Genußmittel, für Maschinen oder Geräte. Sie zeichnen sich durch geringes Gewicht, ausgezeichnete Stoßfestigkeit, gute Beständigkeit gegen atmosphärische und chemische Einwirkungen sowie verhältnismäßig niedrigen Herstellungspreis aus.

Das Verfahren der eingangs genannten Gattung, das aus der US-PS 36 76 033 bekannt ist, ergibt gegenüber den sonst üblichen Verfahren, bei denen der Formkörper in der gleichen Form zunächst erhitzt und dann abgekühlt wird, eine beträchtliche Einsparung an Energie und Arbeitszeit Bei der zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens verwendeten Vorrichtung sind zwei Formen vorhanden, von denen jede aus zwei paralleien Platten besteht, zwischen denen ein viereckiger Rahmen angeordnet ist Für beide Formen wird der gleiche Rahmen verwendet, in dem der Formkörper während der Überführung von der heißen Form in die kühlere Form verbleibt Auf dem ganzen Weg zwischen

ίο den beiden Formen bewegt sich der Rahmen mit dem Formkörper zwischen zwei parallelen Platten oder zwischen eng nebeneinanderliegenden Walzen, die den Zweck haben, jede Verformung oder Ausdehnung des Formkörpers und vor allem ein weiteres Ausschäumen

is während der Überführung zu verhindern. Deshalb ist dieses bekannte Verfahren auf die Herstellung plattenförmiger Formkörper beschränkt Wenn eine andere Endform des Formkörpers gewünscht wird, muß die Platte nach der Entnahme aus der kühleren Form in kaltem Zustand durch Pressen vcrformt werden.

Aus der US-PS 31 29 464 ist ebenfalls eine Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern aus Schaumstoff bekannt, bei der eine Überführung des Materials des Formkörpers aus einer ersten Form in eine zweite Form stattfindet In diesem Fall dient aber die erste Form nur zum Vorschäumen der Kunststoffkügelchen, während der ganze Formvorgang in der zweiten Form stattfindet, die somit in jedem Arbeitszyklus erhitzt und dann wieder abgekühlt werden muß.

Schließlich ist aus der CH-PS 3 92 862 ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Kunststoffschaum bekannt, bei dem der schäumbare Kunststoff vor dem Einbringen in die Form durch Wärmebehandlung wenigstens annähernd voll ausgeschäumt wird und anschließend in heißem Zustand unter gleichzeitiger Verdichtung und Verschweißung in einer Preßform zu einem Formkörper gepreßt wird, worauf der Formkörper in der Preßform abgekühlt wii-J. Auch bei diesem Verfahren entstehen beträchtliche Energie- und Zeit-Verluste, weil die Preßform in jedem Arbeitszyklus geheizt und gekühlt werden muß. Außerdem ist die Qualität der hergestellten Formkörper unbefriedigend.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines

Verfahrens, mit dem Schaumstoff-Formkörper beliebi-

■»5 ger Gestalt mit verbesserten Eigenschaften unter erheblicher Einsparung an Energie und Arbeitszeit herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man den Formrohling nach der Entnahme aus der heißen Form und vor dem Einbringen in die kühlere Form vollständig ausschäumen läßt.

Das Verfahren läuft in seiner Gesamtheit folgendermaßen ab:

a) Die vorgeschäumten Kunststoffkügelchen werden in die geschlossene heiße Form eingebracht, die auf einer geregelten Temperatur gehalten wird. Die vorgeschäumten Kunststoffkügelchen haben beim Einbringen in die heiße Form annähernd die gleiche Dichte wie später der fertige Formkörper.

b) Die Kunststoffkügelchen werden in der heißen Form erhitzt, beispielsweise durch Wasserdampf, wodurch sie plastisch werden. Die Kügelchen

t>5 enthalten ein Schaum- oder Treibmittel (z. B. Methan), das zusammen mit dem Wasserdampf die Kügelchen aufbläht. Infolge des beim Blähen entstehenden Druckes verschweißen sich die

Kügelchen.

c) Man entnimmt den auf diese Weise gebildeten Formrohling aus der heißen Form und läßt ihn außerhalb der Form vollkommen ausschäumen. Dabei erfolgt im Innern der KOgelchen eine adiabatische Entspannung, welche die Kondensation des Treibmittels und des Wasserdampfes zur Folge hat Da noch keine Abkühlung erfolgt ist, bleibt der Formrohling plastisch verformbar.

d) Der noch plastische Formrohling wird dann in die kalte Form eingebracht, wodurch er in der gewünschten endgültigen Gestalt des Formkörpers durch Aushärtung wenigstens der in Berührung mit den Wänden der Form stehenden Oberfläche stabilisiert wird.

Das effindungsgemäße Verfahren ergibt Formkörper von ausgezeichneter Homogenität weil sich die Kunststoffkügelchen nicht infolge der Einwirkung eines äußeren Preßdruckes verschweißen, sondern unter dem inneren Druck, der infolge der Ausdehnung der Gase im Innern des Materials entsteht Der fertige Formkörper hat genau die Form und Abmessungen der kai ten Form und ist elastisch und bruchfest Die Arbeitszykluszeit ist kurz, weil es nicht erforderlich ist eine Form jeweils aufzuheizen und wieder abzukühlen; vielmehr können beide Formen jeweils auf einer annähernd konstanten Temperatur gehalten werden. Aus dem gleichen Grund ist auch der Energiebedarf gering.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im allgemeinen die erste Form auf einer Temperatur zwischen 90⁰C und 130⁰C, vorzugsweise 120⁰C, gehalten, während die zweite Form auf einer Temperatur von weniger als 90⁰C gehalten wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist vorzugsweise so ausgebildet, daß jede Form aus zwei Formhälften besteht daß die ersten Formhälften der beiden Formen im Abstand nebeneinander an einem Gestell ortsfest angebracht sind, daß die zweite Formhälfte jeder der beiden Formen in der Schließrichtung zu der zugehörigen ersten Formhälfte hin und von dieser weg beweglich ist, und daß die zweite Formhälfte einer der beiden Formen quer zu der Schließrichtung zwischen den beiden ersten Formhälften hin und her beweglich ^;st

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fi g. 1 eine schematis,-be Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemr>ßen Verfahrens:

Fig. 2 eine genauere Darstellung eines Teils der Vorrichtung von Fig. 1;

Fig.3 eine Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise des Mechanismus von F i g. 2;

F i g. 4 eine Schnittansicht einer Ausführungsform der heißen Form in der Schließstellung;

F i g. 5 eine Schnittansicht einer Ausführungsform der kalten Form in der Offenstellung, und

Fig. 6 bis 8 Schnittansichten der Formen bei einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung.

Die in Fi g. 1 gezeigte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Formkörpern aus thermoplastischem Schaumstoff besteht aus einem Gestell 1 in Form eines Rahmens aus Profilrohren, an dem ein Vorratsbehälte- 2 für das Ausgangsmaterial, das sich im Zustand von Kügelchen 3 aus vorgeschäumtem Polystyrol befindet, ein für die Aufnahme der fertiggestellten Formkörper bestimmter Behälter 4 und die verschiedenen Einrichtungen zur Durchführung und Steuerung der Umwandlung des Ausgangsmaterials in die Formkörper angebracht sind.

Zu diesen Einrichtungen gehören insbesondere der Stempel 5 und die (nicht dargestellte) Matrize einer heißen Form, der Stempel 6 und die Matrize 7 einer kalten Form (die später anhand von Fig.4 und 5 genauer beschrieben werden) und ein Glied 8 für die

in Überführung des aus der heißen Form entnommenen Werkstücks zu der kalten Form. Der Stempel 5 der heißen Form ist am unteren Ende des Glieds 8 befestigt das entlang einer Achse 9 gleitbar ist und entlang dieser Achse durch einen Druckzylinder 10 verschoben wird, der in einem Gehäuse 11 untergebracht ist Das Glied 8 ist andererseits nach Art eines Pendels in seiner Ebene um die Achse 9 zwischen zwei Stellungen schwenkbar; in der ersten Stellung befindet sich der Stempel 5 der heißen Foym vor der zugehörigen Matrize, und in der zweiten Stellung befindet sich dei Stempel 5 vor der Matrize 7 der kalten Form. Diese Schwenkbewegung wird durch einen Mechanismus 12 bewirkt der in F i g. 2 und 3 ge.lauer dargestellt ist

Der Stempel 6 der kalten Form ist am freien Ende einer Kolbenstange 13 befestigt, die mit dem Kolben eines horizontal gelagerten Druckzylinders 14 verbunden ist. An dem Gestell 1 ist ferner eine Steuertafel 15 angebracht, mit der die verschiedenen Funktionen der Bestandteile der Vorrichtung gesteuert werden können.

JO Der Mechanismus 12 besteht im wesentlichen aus zwei Gleitführungen 16, 17 und einer Platte 18, die in den Gleitführungen 16 und 17 vertikal gleitbar ist; die Gleitbewegung wird durch den Kolben 19 eines Druckzylinders 20 bewirkt, der mit der Platte 18 durch eine Stange 21 verbunden ist Die Platte 18 enthält einen Kurvenschiitz 22, in den das Ende eines am Gehäuse 11 befestigten Stiftes 23 ragt. Wenn der Kolben 19 durch ein in den Zylinder 20 eingeführtes Druckmittel nach unten (in Fig.2) getrieben wird, wird das Ende des Stif'es 23 in dem als Kurvenführung wirkenden Kurvenschlitz 22 von links nach rechts (in Fig.3) geführt, wobei er das Gehäuse 11 aus der in vollen Linien gezeichneten linken Stellung in die in gestrichelten Linien dargestellte rechte Stellung verschwenkt. Da das Gehäuse 11 formschlüssig mit dem Glied 8 verbunden ist, wird auch dessen Schwenkbewegung von dem gleichen Mechanismus 12 erzeugt. Die (in F i g. 3 gestrichelt dargestellte) Stellung 11' des Gehäuses 11 entspricht der neuen Stellung 18' der Platte 18 und der Stellung 23' des Endes des Stiftes 23.

Fig.4 zeigt schematisch eine Ausführungsform dtr heißen Form. Sie besteht aus einem Stempel 41 und ei.ier Matrize 42, zwischen denen ein Formhohlraum 43 gebildet ist, der mit thermoplastischem Kunststoff gefüllt ist. Der Stempel 41 ist mit einer Wasserdampf-Zuführungsleitung 44 ausgestattet, die mit inneren Kanälen 45 verbunden ist, die ihrerseits in Düsen 46 enden, durch wr'che der Wasserdampf in den Formhohlraiim 43 eintreten kann. Die Matrize 42 ist mit einem Einführungskonus 47 für den thermoplastischen Kunststoff ausgestattet, sowie mit Ausia.Odüsen 48 für den überschüssigen Wasserdampf, die mit Dampfaustrittsleitungen 49 und Kondensatauslaßöffnungen 50 in Verbindung stehen.

F i g. 5 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer kalten Form mit einem Stempel 51 und einer Matrize 52. Die beiden Formhälften sind so ausgebildet, daß der Formhohlraum genau die Form und die Abmessungen

des herzustellenden Formkörpers 53 hat. Die Matrize 52 ist mit einer Ausstoßvorrichtung ausgestattet, mit der der fertige Formkörper aus der kalten Form geworfen werden kann. Die Ausstoßvorrichtung besteht aus einer Platte 54, die mechanisch durch die Stange 55 oder pneumatisch mit Hilfe einer Düse 56 betätigt werden kann.

Bei der Inbetriebnahme der zuvor beschriebenen Vorrichtung wird der Stempel 5 der heißen Form mittels des Kolbens 10 in die Matrize der heißen Form geschoben, wodurch ein Formhohlraum gebildet wird, der annähernd die Form des herzustellenden Werkstücks hat. Die heiße Form wird durch an sich bekannte, nicht dargestellte Einrichtungen geheizt. Wenn die heiße Form für das Einbringen des Werkstoffes bereit ist, werden die im Vorratsbehälter 2 enthaltenen vorgeschäumten Polystyrolkügelchen 3 in den Formhohiraum eingebracht. Wasserdampf, der durch die Düsen 46 in die heiße Form eingebracht wird, bewirkt die Ausdehnung und das Verschweißen der thermoplastischen Kunststoffkügelchen. Nach Beendigung dieses Vorgangs wird der am Glied 8 befestigte Stempel 5 bzw. 41 der heißen Form durch den Kolben 10 nach links gezogen (in Fig. I). Das im Formhohlraum gebildete Werkstück bleibt am Stempel der heißen Form fest haften und kann sich frei entspannen, da es von jedem mechanischen Zwang befreit ist.

Anschließend wird der Kolben t9 im Zylinder 20 (Fig.2) nach unten bewegt, wobei er die Platte 18 mitnimmt. Dies hat zur Folge, daß das Ende des Stiftes 23 von der in Fig.2 gezeigten Ausgangsstellung in die in Fig.3 gestrichelt dargestellte Endstellung 23' gebracht wird. Durch die Bewegung des Stiftes 23 werden das Gehäuse 11 und das Glied 8 gleichzeitig um die Achse 9 verschwenkt. In der Endstellung des Gliedes S befindet Sich der Stempel 5 bzw. 4i der heißen Form vor der Matrize 7 bzw. 52 der kalten Form, in die das vollkommen entspannte vorgeformte Werkstück teilweise eingeführt wird. Dann wird der Kolben 19 wieder nach oben bewegt, was zur Folge hat, daß das Gehäuse 11 und das Glied 8 gleichzeitig in ihre Ausgangsstellungen zurückverschwenkt werden. Um das vorgeformte Werkstück vollständig in die kalte Form einzubringen, wird ein Druckmittel in den Zylinder 14 so eingelassen, daß die Kolbenstange 13 (in Fig. 1) nach rechts verschoben wird. Der am freien Ende der Kolbenstange 13 befestigte Stempel 6 bzw. 51 preßt das vorgeformte Werkstück 53 in den Formhohlraum der kalten Form, der genau die Form und die Abmessungen des herzustellenden Kormkörpers hat Dann wird der Kolben 13 wieder nach links (in F i g. 1) bewegt, und der fertige Formkörper 53, der genau die Abmessungen der kalten Form hat, wird mittels der mechanisch oder pneumatisch betätigten Ausstoßvorrichtung 54 ausgestoßen, so daß er in den Aufnahmebehälter 4 fällt.

Die F i g. 6, 7 und 8 zeigen eine andere Ausführungsform der beiden Formen der Vorrichtung. F i g. 6 zeigt die heiße Form im geschlossenen Zustand, mit der Matrize 61, dem Stempel 62, dem Formhohlraum 63, der Öffnung 64, durch welche die vorgeschäumten Kunststoffkügelchen von einer Vorrichtung 65 in den Formhohlraum eingebracht werden. Heizringen 66 und Kanälen 67, 68 für die Einführung bzw. Abführung von Dampf.

F i g. 7 zeigt eine Schnittansicht des Formrohlings bei der Überführung aus der heißen Form in die kalte Form. > F i g. 8 zeigt den abschließenden Formvorgang in der kalten Form. Diese besteht aus der Matrize 69, dem Stempel 70, Kühiwasserkanälen 71, 72, dem Formhohlraum 73 und der Ausstoßvorrichtung 74 für den fertigen Formkörper.

ίο Die beschriebene Vorrichtung kann natürlich zahlreiche Abänderungen erfahren. Da die Zeit für die Überführung des vorgeformten Werkstücks aus der heißen Form in die kalte Form an sich nicht kritisch ist, ist es insbesondere möglich, die Maschine so auszubil-

ii den, daß die Heißformstation in einem gewissen Abstand von der Kaltformstation liegt, wobei die beiden Stationen durch eine Transporteinrichtung, beispielsweise ein Förderband, miteinander verbunden sind.
Eine weitere interessante Möglichkeit besteht darin, in der kalten Form mit Unterdruck zu arbeiten Dieses Verfahren ermöglicht eine beträchtliche Erhöhung des relativen Drucks im Innern der Kügelchen aus geschäumtem thermoplastischem Kunststoff, wodurch Formkörper geringer Dichte leichter erhalten werden können.

Die beiden Formen können am gleichen Gestell oder an getrennten Gestellen angebracht sein. Es ist auch möglich, eine heiße Form für mehrere kalte Formen vorzusehen, oder umgekehrt.

Die Vorrichtung zur Überführung der Formrohlinge von der heißen Form in die kalte Form kann mechanischer, pneumatischer oder anderer Art sein.

Die Wärmezufuhr zu der heißen Form und dem darin enthaltenen thermoplastischen Material kann auf jede beliebige Art erfolgen, beispielsweise durch elektrische i_i_: :j_n.„.«x_Hj_A j._avnu n«mnf k_e;ft_M /Si ^A Λ*ι

Infolge der Verwendung von zwei Formen, die im wesentlichen auf konstanter Temperatur gehalten werden, kann unmittelbar nach der Entnahme eines Formrohlings aus der heißen Form bereits wieder der Werkstoff für den nächsten Formkörper in die heiße Form eingebracht werden. Dadurch kann die Dauer des Arbeitszyklus beträchtlich verringert werden; sie kann für Erzeugnisse mittlerer Abmessungen bis auf etwa zehn Sekunden für die Herstellung eines Formkörpers verringert werden.

Da die Formen keinen zahlreichen beträchtlichen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, können sie aus sehr verschiedenartigen Werkstoffen hergestellt

so sein, wie Metall, Kunststoff oder sogar aus Holz. Ferner ist die Konstruktion der Formen sehr vereinfacht, da es nicht erforderlich ist, an der gleichen Form Heiz- und Kühleinrichtungen vorzusehen.

Das beschriebene Verfahren ermöglicht die Erzielung von Formkörpern größerer Dichte, die geschmeidiger sind als entsprechende Gegenstände, die nach den üblichen Verfahren geformt sind. Die Werkstücke sind elastischer und weniger spröde, so daß sie für ihre Aufgabe als Stoßdämpfer besser geeignet sind, insbesondere dann, wenn sie als Verpackungsmaterial verwendet werden.

Hierzu 3 blatt zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Schaumstoff, bei welchem in einer ersten Verfahrensstufe die erforderliche Menge an thermoplastischem Kunststoff in Form von vorgeschäumten Kügelchen in eine vorgeheizte, wenigstens annähernd dem herzustellenden Formköper entsprechende Form eingebracht wird, der die für das Schäumen erforderliche Wärmeenergie zugeführt wird, anschließend in einer zweiten Verfahrensstufe der durch teilweises Verschweißen der Kügelchen gebildete, aber noch formbare Formrohling im warmen Zustand aus der heißen Form entnommen wird, der Formrohiing dann in einer dritten Verfahrensstufe in eine kühlere Form eingebracht wird, welche genau dem herzustellenden Formteil entspricht, und schließlich der Formkörper in einer vierten Yerfahrensstufe aus der kühleren Form entnommen und vollständig abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man den Formrohiing nach der Entnahme aus der heißen Form und vor dem Einbringen in die kühlere Form vollständig ausschäumen läßt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Formrohiing in der freien Luft ausschäumen läßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Formrohling in kontrollierter Atmosphäre ?usschäumen läßt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Formhohlraum der kühleren Form wenigstens während eines Teils der dritten Arbeitsstufe ein Unterdruck aufrechterhalten wird.