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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von
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Platten aus thermoplastischen Kunststoffen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Platten aus thermoplastischen Kunststoffen im
Durchlaufverfahren in getrennten Heiz- und Kühipressen, bei welchem in der Heizpresse
pulverförmige bis körnige Kunststoffe in einer geschlossenen, abgedichteten Preßform
zu einem homogenen, plastischen Plattenkörper gesintert werden, welcher anschließend
in der in die Kühipresse beförderten Preßform unter Druck abgekühlt wird.
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Durch die DE-PS 1 232 730 ist ein Verfahren zur Herstellung von dicken
Platten oder Blöcken aus thermoplastischen Kunststoffen in einer kombinierten Heiz-
und Kühipresse bekannt. Bei diesem Verfahren wird der in eine Preßform eingefüllte
pulverförmige bzw. körnige Kunststoff in der Heiz-Kühipresse zunächst auf Temperaturen
von 150 bis 2000C erwärmt und der plastifizierte Kunststoff wird unter Druck zu
einem homogenen Körper gesintert, und anschließend wird das Preßgut über die größten
gegenüber liegenden Flächen der Preßform bei fortgesetzt ausgeübtem Preßdruck gekühlt
und durch die senkrecht zur Preßrichtung gelegenen Schmalseiten der Preßform fortgesetzt
beheizt. Durch die kontinuierliche Erwärmung der äußeren Randzonen der Platte während
der Erstarrung der Plattenmitte soll bei niedrigen Preßkräften, welche
eine
maximale Druckbeanspruchung von 10 kp/cm2 nicht überschreiten, eine ungleichmäßige
Schrumpfung der Platte beim Erstarren ausgeglichen und damit die Ausbildung von
eingefrorenen, inneren Spannungen vermieden werden.
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Die herkömmlichen Heiz-Kühipressen arbeiten mit einer gleichzeitigen
und gleichmäßigen Kühlung der gesamten Platte, derart, daß die über den Pressenstempel
ausgeübte Preßkraft bereits nach kurzer Zeit durch die zunächst in Randnähe der
Platte erstarrte Kunststoffmasse abgefangen wird und dadurch in der Plattenmitte
Hohlräume bzw. Maßabweichungen entstehen und innere Spannungen aufgebaut werden,
welche sich beispielsweise bei einer spanabhebenden Weiterverarbeitung lösen und
dann zu Verwerfungen der Platte führen und welche bewirken, daß sich die Platten
bei einer im Gebrauch vorkommenden Erwärmung bis in die Nähe des Kristallitschmelzpunktes
verziehen. Eine verringerte, jedoch nicht ausreichende Unterdrückung der inneren
Spannungen der Platten kann bei den bekannten Heiz-Kühipressen nur durch die Anwendung
sehr hoher Preßkräfte erreicht werden, die jedoch in den Plattenrändern beim Abkühlen
des Preßgutes ein Einfrieren unerwünschter großen Spannungen bewirken.
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Ein entscheidender Nachteil des durch die DE-PS 1 232 730 bekannten
Herstellungsverfahrens ist darin zu sehen, daß das angestrebte Ziel, maßhaltige,
planparallele Platten mit sehr kleinen, unschädlichen inneren Spannungen zu fertigen,
aufgrund der Undichtigkeiten der Preßformen nicht erreicht wird. Durch das erforderliche
Spiel zwischen Preßstempel und Preßform rahmen zum Ausgleich einer ungleichmäßigen
Druckbeanspruchung des Preßstempels tritt plastifizierter Kunststoff beim Pressen
unter Hitze zwischen Preßstempel und Formrahmen aus und bildet einen Rand um den
Preßstempel. Bei großen Formen von beispielsweise 5 x 2 Metern werden durch ungleiches
Aufheizen von Preßstempel, Formboden und Formrahmen unterschiedliche Wärmedehnungen
dieser Bauteile bewirkt, so daß ein entsprechend großes Spiel zwischen Formrahmen
und Preßstempel vorhanden sein muß, um mit Sicherheit ein Verkanten und Verklemmen
der Form zu vermeiden. Beim Abkühlen der Form bleiben die gepreßten Platten
mit
dem vorerwähnten Rand am Preßstempel hängen, so daß beim Schrumpfen Verdickungen
des Plattenrandes und ein Verbeulen und Verziehen der Platten auftreten und sich
in den Platten innere Spannungen aufbauen.
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Ein weiterer wesentlicher Nachteil des Plattenherstellungsverfahrens
nach der DE-PS 1 232 730 ist darin zu sehen, daß nach diesem Verfahren Kunststoffplatten
aus folgenden Gründen nicht im Durchlaufverfahren gefertigt werden können, welches
wesentlich energiesparender und somit wirtschaftlicher ist als die Herstellung der
Platten in einer kombinierten Heiz- und Kühipresse: Das vorerwähnte Problem des
Abdichtens der Formen wird noch schwieriger, wenn diese von einer Heizpresse in
eine Kühipresse im Rundgang befördert werden sollen. In diesem Fall werden die gefüllten
Formen durch ein Formblech abgedeckt, das einen Formdeckel bildet. Dieser Formabschluß
hat in erster Linie die Aufgaben beim Oberwechsel der Formen von der Heiz- zur Kühlpresse
gegen Sauerstoffeinwirkung und zu schnelles druckloses Abkühlen zu schützen Aber
auch bei diesem Formdeckel sowie bei einer passenden Patrize gibt es ein Formspiel,
welches einen Austritt des flüssigen Kunststoffes zuläßt oder zu Verklebungen zwischen
Patrize und Matrize führt. Der durch den Austritt des plastischen Kunststoffs beim
Heizpressen gebildete Rand verhakt sich mit dem Formdeckblech, und es werden durch
Spannungen in der fertigen Preßgutplatte Deformierungen hervorgerufen.
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Außerdem kann der Austrieb so stark sein, daß sich das ausgetretene
Kunststoffmaterial beim Wechsel der Form von der Warm- in die Kühipresse zwischen
Deckblech und Preßstempel legt und noch zusätzlich Ungleichmäßigkeiten verursacht,
so daß ein Wechsel der Form im Durchlaufverfahren unmöglich ist. Schließlich wäre
das erforderliche Abklemmen und Anschließen der Heiz-und Kühlleitungen von dem bzw.
an den Preßformrahmen beim Wechsel von der Heiz- zur Kuhlpresse besonders beim Einsatz
von Mehretagenpressen umständlich, zeitraubend und unsauber.
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Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein durch Energieeinsparung
wirtschaftliches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung von
spannungsfreien und maßhaltigen Platten aus thermoplastischen Kunststoffen zu entwickeln.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Durchlauf-Fertigungsverfahren
der eingangs beschriebenen Art im wesentlichen dadurch gelöst, daß das Preßgut in
der Kühipresse während des Erstarrens über die den Preßdruck ausübenden Druckflächen
der Preßform gekühlt wird und daß die äußeren Randbereiche des Preßgutes durch die
von der Preßform beim Aufheizen in der Heizpresse aufgenommene Speicherwärme beheizt
und über eine bestimmte Zeitdauer im plastischen Zustand gehalten werden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung arbeitet das neue Verfahren
insbesondere bei der Herstellung dünner Platten mit einer Intervall steuerung der
Preßkraft beim Kühipressen der Platten, derart, daß diese in.Zeitintervallen zwischen
einem oberen und einem unteren Grenzwert verändert wird.
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Die Steuerung der Preßkraft in einem bestimmten Zeitintervall erfolgt
dabei derart, daß diese von einem Maximalwert auf einen Minimalwert heruntergeregelt
wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Platten beim Abkühlen nahezu widerstandsfrei
schrumpfen können.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Preßvorrichtung zur Durchführung
des neuen Herstellungsverfahrens mit einer Heiz-und einer Kühipresse sowie einer
Heiz- und Kühl presse nacheinander durchlaufenden Preßform aus einem Grundblech,
einem Preßrahmen sowie einem gegen den Preßrahmen abgedichteten oberen Formdeckblech,
und die neue Preßvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Randzonen
in der Preßform und/oder den Preßwerkzeugen der Kühl presse wärmeisoliert sind.
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Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Preßvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, daß in den äußeren Randzonen der oberen und/oder unteren
Kühl platte der Kühlpresse, welche mit der Preßform unmittelbar in Berührung stehen,
umlaufende Isolierungen vorzugsweise in Streifenform eingesetzt sind.
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Die Isolierungen in der oberen und/oder unteren Kühl platte bestehen
nach einem weiteren Merkmal der Erfindung aus Preßisolierstoff od.dgl. Isoliermaterial.
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In weiterer Ausgestaltung der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Preßvorrichtung können die Isolierzonen in der oberen und/oder unteren Kühiplatte
eine regeblare Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
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Zu diesem Zweck sind die Isolierzonen einem weiteren Merkmal der
Erfindung zufolge als austauschbare und/oder verstellbare Isoliergitter mit unterschiedlich
großen Isolierflächen ausgebildet.
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Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Preßvorrichtung
ist durch eine Wärmeisolierung der äußeren Oberflächen der Preßform, insbesondere
der Außenflächen der Seitenteile des Preßrahmens gekennzeichnet.
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Eine dritte Ausführung der neuen Preßvorrichtung stellt eine Kombination
der ersten und zweiten Ausführungsform dar.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist schließlich noch darin
zu sehen, daß Heiz- und Kühl presse als Mehretagenpressen ausgebildet sind zum Beschicken
mit einer entsprechenden Anzahl von Preßformen.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren arbeitende Preßvorrichtung
mit einer Heiz- und einer Kühipresse, die nacheinander im Durchlaufverfahren mit
abgedichteten
Preßformen beschickt werden, benötigt im Vergleich
zu den bekannten kombinierten Heiz- und Kühlpressen wesentlich weniger Energie,
da die Heizplatten stets ohne Unterbrechung auf der gewünschten hohen Temperatur
und die Kühlplatten auf niedrigster Temperatur gehalten werden können und die Erwärmung
der Randzonen des Preßgutes beim Abkühlen anstatt durch Fremdenergie durch die von
der Preßform beim Aufheizen in der Heizpresse aufgenommene Speicherwärme erfolgt.
Ein Herunterkühlen der Speicherwärme des Formrahmens gegen Ende des Kühlpreß-Arbeitsganges
ist nicht erforderlich, da nach dem Schrumpfen des Preßgutes zwischen diesem und
dem Preßstempel ein isolierender Luftspalt entsteht und die über den Formboden und
den Formdeckel aus dem Formrahmen nachfließende Speicherwärme durch die inzwischen
erreichte Kühltemperatur des Preßgutes abgeblockt wird. Es ist somit nur ein Teil
der Wärmemenge der Preßform abzuführen, während bei der Verwendung einer kombinierten
Heiz-Kühlpresse auch die in den Heizplatten vorhandene Wärmemenge abgeführt werden
muß, um erst dann eine Kühlung des Preßgutes erzielen zu können. Durch die fortgesetzte
Erwärmung der äußeren Randzonen der Platte während der Erstarrung der Plattenmitte
wird bei niedriger Preßkraft eine ungleichmäßige Schrumpfung der Platte beim Erstarren
ausgeglichen und damit die Ausbildung von eingefrorenen, inneren Spannungen vermieden.
Schließlich können mit der erfindungsgemäßen im Durchlaufverfahren arbeitenden Preßvorrichtung
wesentlich höhere Produktionsziffern durch eine Verkürzung des Heizpreß- und des
Kühlpreß-Arbeitsganges und somit eine wirtschaftlichere Fertigung von planparallelen
Platten gegenüber den bekannten kombinierten Heiz-Kühipressen erzielt werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von drei in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen der Preßvorrichtung im einzelnen erläutert. Es zeigen Fig.
1 einen schematischen Querschnitt der Heizpresse einer ersten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Preßvorrichtung, Fig. 2 einen schematischen Querschnitt der Kühl
presse der ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Preßvorrichtung,
Fig.
3 eine schematische Draufsicht der Kühl presse nach Fig. 2 ohne obere Kühl platte
und Formdeckblech, Fig. 4 einen vergrößerten Teilquerschnitt nach Ausschnitt IV
der Fig. 2 zur Verdeutlichung der Preßformabdichtung, Fig. 5 einen schematischen
Querschnitt der Kühl presse einer zweiten Ausführungsform der neuen Preßvorrichtung
und Fig. 6 einen schematischen Querschnitt der Kühl presse einer dritten Ausführungsform
dererfindungsgemäßen Preßvorrichtung.
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Die erste Ausführung einer Preßvorrichtung nach den Fign. 1 und 2
weist eine Heizpresse 1 und eine Kühl presse 2 auf, die nacheinander im Durchlaufverfahren
mit einer abgedichteten Preßform 3 beschickt werden, auf deren poliertem Grundblech
4 der Preßformrahmen 6 angeordnet ist, welcher durch die Seitenteile 7, 8 gebildet
ist.
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In die Innenflächen der Seitenteile 7, 8 des Formrahmens 6 sind Haftmagnete
9 in Form von Dauermagneten eingesetzt, welche biegsame Dichtungsleisten 10 zum
Abdichten der Preßform 3 an den Seitenteilen 7, 8 festhalten (Fig. 4).
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Die Dichtungsleisten 10 bestehen aus einem Dreikant-Stahlprofil, dessen
schräg nach unten gerichtete Druckfläche durch den Preßdruck im Preßgut 11 eine
Kraftkomponente bewirkt, die das Bestreben hat, die Dichtungsleisten 10 an die Seitenteile
7, 8 des Preßformrahmens 3 zu drücken, wenn der Preßstempel 12 niedergedrückt wird.
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Wie die Fign. 3 und 4 zeigen, überlappen sich die Dichtungsleisten
10 an den Ecken und sind dort derart ausgekehlt, daß ihre Oberseiten in einer Ebene
liegen. Ferner läßt die Fig. 4 erkennen, daß die an einer Ecke jeweils oben liegende
Dichtungsleiste 10 gegenüber dem Seitenteil 7 bzw. 8
ein Längsspiel
13 zum Aufnehmen-der Längsdehnung bei Erwärmung aufweist. Die Dichtungsleisten 10
sind an einem Ende oben und am anderen Ende unten ausgekehlt.
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Am unteren Ende des Preßstempels 12 der Heizpresse 1 befindet sich
eine obere Heizplatte 14, und auf dem Preßtisch 15 ist eine untere Heizplatte 16
angebracht. Die Heizplatten 14, 16 werden entweder elektrisch oder mit Ul beheizt,
welches entsprechende Heizkanäle 17 in den Heizplatten 14, 16 durchströmt.
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Zwischen dem Preßgut 11 und der oberen Heizplatte 14 ist ein einseitig
poliertes Formdeckblech 18 vorgesehen, welches auf den Dichtungsleisten 10 aufliegt
und das zum Ausgleich von Wärmedehnungen gegenüber den Seitenteilen 7, 8 des Preßformrahmens
6 ringsum ein Spiel aufweist.
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Am Preßstempel 19 und auf dem Preßtisch 20 der Kühl presse 2 ist
eine obere und eine untere Kühiplatte 21, 22 mit Kühlkanälen 23 zur Durchleitung
von Kühlwasser angeordnet.
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Heizpresse 1 und Kühl presse 2 sind durch einen Rollgang 24 mit antreibbaren
Transportrollen 25 verbunden.
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Die Preßtische 15, 20 der Heiz- und der Kühlpresse 1, 2 der Preßvorrichtung
sind durch die Hubkolben 27 jeweils zweier Hubzylinder 26, 26 in senkrechter Richtung
anhebbar bzw. absenkbar, so daß die Preßformen 3 nach dem Heizpreßarbeitsgang mittels
seitlich am Preßformrahmen 6 angeordneter Laufschienen 28, 28 über den Rollgang
24 in die Kühlpresse 2 gefahren werden können.
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Bei der ersten Ausführungsform der Preßvorrichtung nach den Fign.
1 und 2 sind in den äußeren Randzonen der oberen und unteren Kühlplatte 21 und 22,
welche mit der Preßform 3 unmittelbar in Berührung stehen, umlaufende Streifenisolierungen
29, 30 und 31, 32 aus Preßisolierstoff eingesetzt.
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Es besteht die Möglichkeit, eine regelbare Beheizung für die äußeren
Randbereiche des Preßgutes 11 in der Kühlpresse 2 vorzusehen. Zu diesem Zweck können
beispielsweise die Isolierungen 29, 31 in der oberen und unteren Kühlplatte 21,
22 als austauschbare oder verstellbare Isoliergitter 33 mit unterschiedlich großen
Isolierflächen ausgebildet sein.
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Bei einer zweiten Ausführung der Preßvorrichtung nach Fig. 5 sind
die Außenflächen der Seitenteile 7, 8 des Preßformrahmens 6 mit einer Isolierung
34 versehen.
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Die dritte Ausführungsform der Preßvorrichtung nach Fig. 6 stellt
eine Kombination der beiden ersten Ausführungen dar, bei welcher die äußeren Randzonen
der oberen und der unteren Kühl platte 21, 22 der Kühl presse 2 und die Außenflächen
der Seitenteile 7, 8 des Formrahmens 6 der Preßform 3 Isolierungen 29, 30, 31, 32
und 34 aufweisen.
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