DE2942446A1

DE2942446A1 - Schaeumvorrichtung zum aufschaeumen, vorschaeumen und/oder ausschaeumen von granuliertem kunststoff

Info

Publication number: DE2942446A1
Application number: DE19792942446
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: Haendle & Soehne Karl
Current assignee: Haendle & Soehne Karl
Priority date: 1979-10-20
Filing date: 1979-10-20
Publication date: 1982-07-22
Also published as: FR2467681A1

Description

Karl Handle & Söhne" .^:hJ . .:,,i,i„ , Λ'.·ν A 36 633 -li/e

Induetriestraße 4-7 7130 Mühlacker

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Schäumvorrichtung

zum Aufschäumen , Vorschäumen und/oder Ausschäumen von granuliertem Kunststoff

Die Erfindung betrifft eine Schäumvorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Schäumbares Kunststoffgranulat, wie BChäumbares Polystyrol, wird im allgemeinen unter Zuführung von Sattdampf ausgeschäumt, wobei das vorgeschäumte Granulat in einer Schäumform zu dem gewünschten Formteil geformt und der so entstandene Formling nach dem Entformen abgekühlt und gegebenenfalls weiter bearbeitet wird. Auch zum Aufschäumen, also zur Herstellung des vorgeschäumten Granulates aus Kunststoffpartikeln, wird vielfach Satt dampf verwendet, der in den mit Kunststoff beschickten Behälter eingebracht wird. Bei bekannten Schäumvorrichtungen wird der Sattdampf außerhalb der Vorrichtung erzeugt und der Kammer über Leitungen zugeführt. Hierfür ist eine Dampferzeugungsanlage mit Feuerstelle und Dampfkessel erforderlich. Die Anlage ist getrennt von der Schäummaschine aufgestellt. Eine derartige Dampferzeugungsanlage mit den notwendigen Dampfleitungen erfordert erhebliche Investitionen. Fin weiterer Nachteil besteht darin, daß trotz Isolierung des Dampfkessels und der Dampfleitungen zum Teil erhebliche Wärmeverluste durch Wärmestrahlung auftreten und eine Erwärmung der Umgebungsluft an der separaten Dampferzeugungsanlage auftritt, so daß ein hoher Energieverbrauch und eine zusätzliche Wärmebelastung der Umgebungsluft unvermeidlich sind.

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Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Schervorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß eine Dampferzeugung im unmittelbaren Bereich der Schäumform erzielt und eine Einsparung außenseitiger Dampfleitungen und dergleichen erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kennzeichnungsmerkmaie des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß die Dampferzeugung direkt in der Kammer erfolgt, so daß der Sattdampf auf kürzestem Weg über den Dampf raum in den Behälter bzw. in die Schäumform gelangt. Die Installation von äußeren Dampfleitungen ist damit entbehrlich, so daß eine Investitionskosteneinsparung gegeben ist und Dampflei tungswärineverluste vermieden sind. Ein v/eiterer Vorteil besteht darin, daß die Bereitstellung eines zusätzlichen Aufstellortes für eine äußere Dampferzeugungsanlage entfällt. Die erfindungsgemäße Schäumvorrichtung ist mit der integrierten Dampferzeugung als eine kompakte Baueinheit ausgeführt. Die Dampferzeugungswärme direkt am Bedarf sort wird in vollem Umfang genutzt, indem gleichzeitig die Schäumform miterwärmt wird. Damit ist ein hoher Wirkungsgrad gegeben. Der Einbau zusätzlicher Schäumform-Heizaggregate ist nicht erforderlich. Eine Wärmeabgabe an die Umluft kann durch Isolation ausschließlich an der Schäumvorrichtung auf ein Mnimum reduziert werden.

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Bevorzugte V/ei to rbi ld anteil der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteranspriiche gegeben, durch deren Anwendung in vorteilhafter Weise verschiedene leistungsfähige Heizelement- und Wasserzuführungsgcstaltungen sowie rationelle Verfahrensabläufe erzielt werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die in schematischer Darstell-ung bevorzugte Ausführungsformen als Beispiel zeigt. Es stellen dar:

FIG. 1 eine erfindungsgemäße Schäumvorrichtung in einer geschnittenen Seitenansicht, wobei Kunststoff in die Schäumform eingebracht wird,

FIG. ? die Schäumvorrichtung gemäß FIG. 1 während des Schäumprozesses,

FIG. 3 eine andere erfindungsgemäße Schäumvorrichtung in einer geschnittenen Seitenansicht, wobei Kunststoff in die Schäumform eingebracht wird,

FIG. 4 die Schäumvorrichtung gemäß FIG. 3 während des Schäumprozesses,

FIG. 5 eine weitere erfindungsgemäße Schäumvorrichtung in

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einer geschnittenen Seitonansicht, wobei Kunststoff in die Schäumform eingebracht wird und

FIG. 6 die Schäumvorrichtung gemäß FIG. 5 während des Schäumprozesses.

Die in den FIG. 1 und 2 dargestellte Schäumvorrichtung 1 weist eine Kammer 2 auf, in deren mittlerem Eereich eine Schäumform 3 angeordnet ist, die in ihrer Wandung oben und unten Düsen 4 besitzt. Ein Füllinjektor 5 durchsetzt einen Teil der Kammer 2 und mündet in der oberen Wandung der Schäumform 3. Nahe der Innenseite der unteren Kammerwandung 6 ist ein Heizelement angeordnet, das als Elektroheizplatte 7 ausgeführt ist und ein Anschlußkabel 8 besitzt. Unter der oberen Kammerwandung 9 ist eine weitere Elektroheizplatte 10 angeordnet, die ebenfalls ein Anschlußkabel 11 aufweist. Zwischen der unteren Elektroheizplatte 7 und .der Schäumform 3 ist ein Dampfraum 12 gebildet und ebenso befindet sich über der Schäumform 3 zwischen dieser und der oberen Elektroheizplatte 10 ein Dampfraum 13. In den Dampfräumen 12,13 ist jeweils eine Wasserzuführung angeordnet, die als Wassersprühleitungen 14, 15 ausgeführt sind, welche sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Elel·:troheizplatten 7,10 erstrecken. Die Wassersprühleitungen 14,15 besitzen Wassersprühöffnungen 16, die be.i der unteren Wassersprühleitung 14 nach unten gegen die Elektro-

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heizplatte 7 und bei eier oberen Waseerspriihleitung 15 nach oben gegen die darüber liegende Elektroheizplatte 10 gerichtet sind. Außerhalb der Kammer 2 weisen die Wassersprühleitungen 14,15 je ein Regelventil 17,18 für die Wasserdosierung auf.

Nach Fig.1 wird über den Füllinjektor5 ein Kunststoff 19 in die auf ca. 85°C vorgewärmte Schäumform 3 eingebracht. Nach dem Einbringen der erforderlichen Menge des Kunststoffs 19 werden die Regelventile 17,18 für den Wassereintritt in die Wassersprühleitungen 14,15 geöffnet.

Der FIG. 2 ist zu entnehmen, daß das Wasser 20 an den Wassersprühöffnungen 16 austritt und gegen die Elektroheizplatten 7,10 spritzt. Die Oberflächentemperatur der Elektroheizplatten

7,10 kann zwischen 100° bis 500⁰G liegen. Ein Großer Teil des auf _rdie

**Elektroheizplatten 7,10 auf treffenden Wassers 20 verdampft dabei sofort und es baut sich ein Dpmpfdruck auf, so daß der Wasserdampf 21 durch die Düsen 4 der Schäumform 3 zum Kunststoff 19 gelangt, der dabei ausschäumt.

Dabei ist es zweckmäßig, den Ausschäumdruck des Wasserdampfes 21 für das Schäumen des Kunststoffs 19 über die auf die Elektroheizplatten 7,10 aufgesprühte Wassermenge zeitlich zu regeln. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Schäumdruck des Wasserdampfes 21 über ein Kontaktrnanometer druckabhängig zu regeln.

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Die in den FIG. 3 und 4 dargestellte Schäumvorrichtung 22 besitzt in der Kammer 2 auf Abstand zur unteren Kammerwandung 6 und oberen Kammerwandung 9 jeweils eine Trennwandung 23,24, so daß ein unterer Brennraum 25 und ein oberer Brennraum 26 gebildet ist. Die Trennwandungen 23,24 begrenzen die Dampfräume 12,13. Im unteren Brennraum 25 ist ein Flammenbrennrohr 27 und im oberen Brennraum 26 ist ein weiteres Flammenbrennrohr 28 angeordnet. Aus den Flammenbrennrohren 27,28, die mit Gas oder Heizoel beschickt werden, treten Flammen 29 aus, wobei die Flammen 29 des unteren Flammenbrennrohres 27 nach oben gegen die darüber liegende Trennwandung 23 und die Flammen 29 des oberen Flammenbrennrohres 28 nach unten gegen die darunter liegende Trennwandung 24 gerichtet sind.

Der Abstand der Flammenbrennrohre 27,28 zu den zugehörigen Trennwandungen 23,24 ist so bemessen, daß die Spitzen der Flammen 29 an den Trennwandungen 23,24 gerade anzüngeln, so daß eine gute Wärmeübertragung erfolgt. Im unteren Dampfraum 12 ist die Wassersprühleitung 14 dicht über der unteren Trennwandung 23 angeordnet, gegen die die Wassersprühöffnungen 16 gerichtet sind. Die im oberen Dampfraum 13 angeordnete Wassersprühleitung 15 befindet sich dicht unter der Trennwandung 24, wobei die Wassersprühöffnungen 16 gegen die Trennwandung 24 nach oben gerichtet sind.

Auch in der FIG. 3 wird über den Füllinjektor 5 Kunst-

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stoff 19 in die Schäumform 3 eingefüllt. Lie Schäumform 3 ist auf etwa 85°G vorgewärmt. Nachdem der Kunststoff 19 in genügender Menge eingefüllt ist, werden die Regelventile 17,18 der V/assersprühleitungen 14,15 für den Wassereintritt geöffnet.

Die FIG. 4 zeigt, daß das Wasser 20 gegen die Trennwandungen 23,24 spritzt, die durch die Flammen 29 erhitzt sind. Das V/asser 20 verdampft und mit zunehmendem Dampfdruck dringt der Wasserdampf 21 durch die Düsen 4 in die Schäumform 3 ein, so daß der Kunststoff 19 ausschäumt. Auch in diesem Falle ist es günstig, den Ausschäumdruck des V/asserdampfes 21 für das Schäumen des Kunststoffs 19 über die auf die Trennwandungen 23,24 aufgesprühte Wassermenge entweder durch eine Zeitsteuerung oder durch eine Kontaktmanoraetersteuerung zu regeln.

Bei der in den FIG. 5 und 6 dargestellten Schäumvorrichtung 30 ist die Elektroheizplatte 7 außen an der Kammer 2 als untere Bodenwandung angeordnet. Direkt auf der Elektroheizplatte 7 ist eine Wasserwanne 31 gebildet, die zu einem Teil mit Wasser 20 gefüllt ist, das über das Regelventil 17 zugeleitet wird. Der über dem Wasserspiegel des V/assers 20 befindliche Raum 32 ist gegen den darüber liegenden Dampfraum 12 durch eine Deckwandung 33 getrennt. Die Deckwandung 33 weist drei konisch gestaltete Darnpfeinlaßventile 34 auf.

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In einem Abstand über der Schäumform 3 ist die obere Elektroheizplatte 10 als den oberen D;>nipf raum 13 begrenzende Zwischenwandung angeordnet. Direkt darüber befindet sich eine obere Wasserwanne 35, die ebenfalls zu einem Teil mit durch das Regelventil 18 zugefubrtam Wasser 20 gefüllt ist, über dessen Wasserspiegel ein Rau;n 36 durch die obere Kammerwandung 9 abgeschirmt ist. Der Raum 36 ist mit dem Dampfraum 13 durch drei Dampfdurchführungsn 37 verbunden, die ein tellerförmig ausgebildetes Damp fei al aßv en til 38 auf v/ei sen.

In der FIG. 5 sind die Dampfeinlaßventile 34,38 geschlossen. Durch den Füllinjektor 5 wird Kunststoff 19 in die auf 85°C erwärmte Schäumform 3 gefüll t.

In der FIG. 6 ist das Wasser 20 in den Wasserwannen 31,35 so v/eit erhitzt worden, dr.ß sich in den Räumen 32,36 Wasserdampf 21 bildet, der durch die geöffneten Dampfeinlaßventile 34,38 in die Dampfräume 12,13 und von dort durch die Düsen 4 in die Schäumform 3 gelangt. Hierbei werden die Dampfeinlaßventile 34,38 zweckmäßig über den Dampfdruck zeitabhängig oder mittels Kontaktmanometer druckabhägig gesteuert.

Die erfindungsgemäßen Schäumvorrichtungen 1,22,30 können besonders wirtschaftlich betrieben werden, wenn das bei der Verdampfung anfallende Kondenswasser in einem Sammelbehälter aufgefangen wird und mit seiner erhöhten Temperatur von

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ungefähr 60-80 C der Verdampfung zugeführt wird.

Lesv/ei teren ist es günstig, das Schäumen im Takt kontinuierlich durchzuführen, wobei in einem Takt Kunststoff 19 über den Fiillinjektor 5 eingebracht wird, anschließend die Dampfschäumung erfolgt, sodann das geschäumte Formteil entnommen wird und wobei in der Zeit von der Entnahme des Formteils bis zur erneuten Kunststoffeingabe eine Nachheizung über die vorgesehenen Heizelemente erfolgt. Dadurch wird ein besonders kostengünstiges Schäumen erreicht, da Wärmeverluste weitgehend vermieden sind und das Verfahren praktisch in durchgehender Wärme ablaufen kann.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, auch Heizrohre zu verwenden. Diese können im Dampfraum angeordnet sein oder sich auch direkt in der Kammerwandung befinden. Es ist selbstverständlich, daß zum wirtschaftlichen Betrieb eine entsprechende Wiirmei r.olation vorgesehen ist.

Nach dem beschriebenen Verfahren kann auch noch nicht vorgeschäumtes Kunststoffgranulat aufgeschäumt werden, wobei anstelle der Schäumform ein entsprechend dimensionierter Behälter vorzusehen ist, in den der unbehandelte Kunststoff eingebracht wird. Der Behälter ist dann so ausgebildet, daß in ihm nicht ein Formteil entsteht, sondernder aufgeschäumte Kunstritoff als Granulat ausgetragen oder entnommen werden kann.

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Claims

Karl Handle S Söhne ·- .. p-,. .. ..„. .. A 36 633 -li/e Marchinenfabrik u. " °'p/.-^ T : !'f — : 1 α Hkt 1Q7Q Eisengießerei ■■ΐλ«,*]™™ -Mischt ] 9' Okt" 1979 Industriestraße 47 Me"":ί···"··ικβ 4o Mühlacker 2 9 A 2 A k Schäumvorrichtung zum Aufschäumen f Vorschäumen und/oder Ausschäumen von granuliertem Kunststoff Patentansprüche

1.]Schäumvorrichtung zum Aufschäumen, Vorschäumen und/oder ^Ss~^^ Ausschäumen von granuliertem Kunststoff, wie" schäumbarem Polystyrol-Granulat, mit einer Kammer, die mindestens einen Dampfraum und einen Schäumbehälter aufweist, in dessen Wandung Zutrittsöffnungen für den Dampf und für den Kunststoff vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (2) mindestens ein auf über 100° C temperierbares Heizelement (7 und 10; 27 und 28) und eine gegen das Heizelement gerichtete Wasserzuführung aufweist.

2. Schäumvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter und über dem Schäumbehälter (3) je ein Heizelement angeordnet ist.

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3. Schäurnvorri chtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement in der Dampfkämmerwandung (6,9) angeordnet ist.

4. Schäumvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Dampfraum (12,13) mindestens eine Wassersprühleitung (14,15) angeordnet ist, die in Richtung zum Heizelement weisende Wassersprühöffnungen (16) aufweist.

5. Schäumvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement als Elektroheizplatte (7,10) ausgebildet ist.

6. Schäumvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement als Flammenbrennrohr (27,28) ausgebildet ist.

7. Schäumvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammenbrennrohr (27,20) in einem Erennraum (25,26) angeordnet ist, der gegen den Dampfraum (12,13) durch eine Tennwandung (23,24) abgegrenzt ist.

8. Schäumvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem M amrnenbrennrohr (27,28) und

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der Trennwandung (23,24) im wesentlichen gleich der Flamrnenlänge ist.

9. Schäumvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassersprühleitung (14,15) mit den Wassersprühöffnungen (16) dicht neben der Trennwandung (23,24) angeordnet ist.

10. Schäumvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß direkt über der Elektroheizplatte (7,10) eine Wasserwanne (31,35) angeordnet ist und daß ein Raum (32,36) über dem V/asserspiegel in der Wasserwanne (31,35) mit dem Dampfraum (12,13) über mindestens ein Dampfeinlaßventil (34,38) verbunden ist.

11. Schäumvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (2) eine untere Wasserwanne (31) und eine über der Schaum zone angeordnete Wasserwanne (35) aufweist, daß die Elektroheizplatte (7) der unteren Wasserwanne (31) an der Außenseite der Kammer (2) als Bodenwandung ausgeführt ist und daß die Elektroheizplatte (1O) der oberen V/asserwanne (25) in der Kammer (2) als den Dampfraum (13) begrenzende Zwischenwandung angeordnet ist.

12. Schäumvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Wasserwanne (31) gegen den Dampfraum (12)

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durch eine Deckwandung (33) abgegrenzt ist, daß das Dampfeinlaßventil (34) in der Deckwandung (33) angeordnet ist und daß die obere Elektroheizplatte (10) mindestens eine in den Raum (36) über dem Wasserspiegel der oberen Wasserwanne (35) ragende Dampfdurchführung (37) mit einem Dampfeinlaßventil (38) besitzt.

13. Schäumvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang der Wassersprühleitung (14,15) und der Wasnerv/anne (31,35) ein Regelventil (17,18) angeordnet ist.

14. Verfahren zum Betrieb der Schäumvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausschäuindruck des Wasserdampf es (21) für den Kunststoff (19) in der Schäumform (3) über die zu verdampfende Wassermenge zeitlich geregelt wird.

15· Verfahren zum Betrieb der Schäumvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An-sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auf.schäumdruck des Wasserdampfes (21) für den Kunststoff (19) in der Schäumform (3) über ein Kontaktmanometer druckabhängig regelbar ist.

16. Verfahren zum Betrieb der Schäumvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß im Takt hintereinander in die Schäumform (3) über den Füllinjektor (5) Kunststoff (19) eingebracht wird, daß das Heizelement zur Dampferzeugung mit Wasser (20) beaufschlagt wird, daß der vorgeschäumte Kunststoff bzw. der aufgeschäumte Formling aus der Schäumform (3) entfernt wird und daß die Schäumform während der Zeit von der Entnahme des Kunststoffes bis zur Aufgabe der folgenden Kunststoffmenge nachgeheizt wird.

1?. Verfahren zum Betrieb der Schäumvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kondenswasser aus dem Dampfraum (12,13) in einem Sammelbehälter aufgefangen wird und über die Wasserzuführung dem Heizelement erneut zur Verdampfung zugeleitet wird.