DE3615457A1

DE3615457A1 - Giessvorrichtung fuer vorgeschaeumtes polystyrol

Info

Publication number: DE3615457A1
Application number: DE19863615457
Authority: DE
Inventors: Costantino Mozzecane Verona Toffoli
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-05-07
Filing date: 1986-05-07
Publication date: 1986-11-13
Also published as: FR2581585A1; IT8518111A0; IT1202255B; GB2177043A; GB8611001D0

Description

Gießvorrichtung für vorgeschäumtes Polystyrol

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung für vorgeschäumtes Polystyrol zum Herstellen von Gegenständen.

Es ist geläufige Praxis, vorgeschäumte Polystyrolkügelchen (Pellets) zum Herstellen von Gegenständen verschiedenster Art, wie z.B. Verpackungsteile oder Container, zu sintern, indem ein Formunter- und Formoberteil, welche durchbohrte Wände haben, um die verschiedenen Kügelchen (Pellets) mit Dampf zu beaufschlagen und das Sintern dieser zu ermöglichen, mit Polystyrolkügelchen befüllt wird. Das Formober- und das Formunterteil sind beide in einem speziellen Gehäuse befestigt, das auch als "Glocke" bezeichnet wird, wobei eine Kammer zwischen den Wänden der Glocke und denen der Gießform gebildet wird. Die Glocke wird mit Dampf aus einer Dampfquelle versorgt. Der Dampf wird dann durch die Durchlässe der Wände der Gießformteile gepreßt, um die Polystyrolkügelchen (Pellets) in der Gießform zu beaufschlagen.

Um den Druck des Polystyrols, welches in der Form gesintert wird, auszuhalten, sind die Wände der Gießvorrichtung wie üblich aus Aluminium und ziemlich dick, was einen bedeutenden Nachteil nach sich zieht. Eine detaillierte Analyse der Wärmemenge, welche dem Dampf zugeführt werden muß, um das Sintern des Polystyrols zu gewährleisten, zeigt, daß tatsächlich bis zu 95 % der Wärme von der Gießform und der Glocke abgeführt wird, wobei nur 5 % der Wärme tatsächlich zu dem Polystyrol gelangt.

-ο-Ι Dies ist auf den großen Unterschied zwischen der spezifischen Wärme von geschäumtem Polystyrol und der des Aluminium und auch auf die unterschiedlichen Massen von Polystyrol und Form- und Gehäuseteilen zurückzuführen. 5

Um die Dampfausnutzung zu verbessern, sind Gießformen aus Plastik vorgeschlagen worden, welche in die Glocke passen, aber ihre mangelhaften mechanischen Eigenschaften haben ihren Gebrauch verhindert. Nicht besser waren aus Kostengründen vorgeschlagene Gießformen, welche mit Gebern ausgerüstet sind, die den Dampf in die Polystyrolmasse weiterleiten.

Während der Dampfzufuhr zu den Polystyrolkügelchen müssen die Gießformen und die Glocke durch kaltes (demineralisiertes) Wasser gekühlt werden, um die Aufenthaltsdauer für den geformten Gegenstand in der Gießform durch Beschleunigen des Druckabfalls im Inneren zu verkürzen. Im Hinblick auf die großen Massen, welche bei der Dampfbeaufschlagung erhitzt werden, ist der Verbrauch von demineralisiertem Wasser ziemlich hoch.

Wenn der interne Druck der Gießform das Niveau des atmosphärischen Drucks erreicht hat, wird die Gießvorrichtung geöffnet und der fertige Artikel wird mittels Aushebgeräten herausgehoben, was ein Grund für Funktionsstörungen sein könnte und in jedem Fall die Kosten erhöht.

Es is<t Aufgabe der Erfindung, eine Gießvorrichtung zum Sintern von vorgeschäumtem Polystyrol anzugeben, welche große Ersparnisse bezüglich des Verbrauches von Dampf und demineralisiertem Kühlwasser gewährleistet.

Des weiteren soll eine zuverlässig arbeitende Gießvorrichtung zum Sintern angegeben werden, welche einfach sein soll.

wobei die Herstellungskosten niedrig gehalten werden sollen. Durch die Gießvorrichtung soll auch die die Gießform haltende Maschine vereinfacht werden, in welche die besagte Gießform installiert wird und die die Gießform öffnet und schließt sowie die erforderlichen Strömungsmittel zuführt, um den Prozeß des Sinterns auszuführen.

Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemäße Gießvorrichtung in der in dem Hauptanspruch angegebenen Weise aufgebaut.

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Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen.

J-^ Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben: Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Formober- und Formunterteil einer Gießvorrichtung zum Formen von gegossenen Gegenständen, beispielsweise einer Schachtel;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Formunterteil und. die Gießvorrichtung von Fig. 1;

Fig. 3 ein Blick von unten auf das Formoberteil der Gießvorrichtung von Fig. 1;

Fig. 4 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 2;

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Fig. 5 ein Schnitt in vergrößertem Maßstab entlang der

Linie V-V der Fig. 2; und

Fig. 6 ein Schnitt in vergrößertem Maßstab entlang der Linie VI-VI der Fig. 3.

Das Formoberteil 1 und das Formunterteil 2 einer Gießvorrichtung für eine Schachtel 3 bestehen aus synthetischem Harz, das flüssige Monomere enthält und mit Füllmaterial angereichert ist und die Dampftemperatür, die normalerweise

im Bereich von 120°C liegt, aushält.

Das Formoberteil und das Formunterteil bilden eine Gießkammer 54, die die Polystyrolkügelchen 45 aufnimmt. Unmittelbar unter der Oberfläche des Formoberteils 1 und des Formunterteils 2 sind in diesen Formteilen eine Vielzahl von Leitungen, beispielsweise Rohre 4 in dem Formoberteil 1 und Rohre 5 in dem Formunterteil 2 angeordnet, die aus Kunststoff bestehen können und gegenüber der Dampftemperatur widerstandsfähig sind. Jedes der Rohre 4 oder 5 steht mit der Gießkammer 54 durch eine Vielzahl von ohne Abstand angeordneten, seitlichen öffnungen 6 und zugeordneten Kapseln 7 in Verbindung. Jede Kapsel hat eine perforierte Frontwand 8 und ist in einer Bohrung 9 angeordnet, die koaxial mit einer öffnung 6 in dem Kunststoffmaterial der Formteile (z.B. Fig. 4) ausgebildet ist.

Die Rohre 4 und 5 liegen im wesentlichen unter konstantem Abstand von der Innenfläche 10 des Formunterteils 1 und der Innenfläche 1O¹ des Formoberteils 2, sind an ihren einen Enden 12 verschlossen und stehen an ihren anderen Enden über Anschlußleitungen 11 mit einem äußeren Verteilerkopf 13 in Verbindung, der beispielsweise aus Kunststoffmaterial bestehen kann. Der Verteilerkopf 13 ist seinerseits an mit Ventilen versehenen Zuleitungen für die erforderlichen Strömungsmittel verbunden, um den für das Sintern des Polystyrols erforderlichen Strömungsmittelkreis zu vervollständigen. Beispielsweise steht ein Rohr 14, an dem ein Ventil 15 vorgesehen ist, mit einer Dampfquelle (nicht gezeigt) in Verbindung, um den für das Sintern erforderlichen Dampf zu führen. Ein Rohr 16 mit einem Ventil 17 ist für

-δι die Zufuhr von Kühlwasser vorgesehen. Ein Rohr 18 mit einem Ventil 19 ist mit einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) verbunden, um den auf die Dampfbeaufschlagung folgenden Verfahrensschritt zu beschleunigen. Ein Rohr 20 mit einem Ventil 21 führt Preßluft zum Auswerfen des Gegenstandes . Schließlich dient ein Rohr 22 mit einem Ventil 23 dazu, die in der Gießkammer enthaltene Luft abzuführen, während Polystyrol in die Gießkammer 54 bei Beginn des Gießzyklus eingefüllt wird.

Wie es im Detail in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist, bestehen das Formoberteil 1 und das Formunterteil 2 aus Schichten, beispielsweise bestehen sie beide aus einer äußeren Schicht 25, einer mittleren Schicht 26, in welche die Leitungen 4 und 5 eingebettet sind und einer inneren Schicht 27.

Die äußere Schicht 25 hat gute hitzeisolierende Eigenschaften und hohe mechanische Festigkeit und kann aus Epoxyharz bestehen, das große Mengen eines Füllmaterials, wie beispielsweise siliciumhaltigen Sand und/oder kleine Teilchen von SiO₃/ enthält. Die mittlere Schicht 26 kann aus einem Epoxyharz bestehen, das eine kleinere Menge von Füllmaterial beinhaltet und vorzugsweise eine Verstärkungseinlage 28, beispielsweise eine Glasfasermatte,aufweist, die sich nahe bei den Leitungen 4 oder 5 befindet, um diese gegenüber der Umgebung zu isolieren.

Vorzugsweise sind die Rohre 4 und 5 glasfaserverstärkte Kunststoffrohre, welche einen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, der kompatibel mit dem Material der Schicht 26 ist.

Die Schicht 27 ist die Schicht, in welcher die Bohrungen geformt sind und sie besitzt gute mechanische Festigkeitsund Wärmeleitungseigenschaften, da sie aus Harz hergestellt sind, beispielsweise ein Epoxyharz, das Metall und/oder Metalloxidpuder als Füllstoff enthält.

Mit einer in dieser Weise in Schichten aufgebauten Gießvorrichtung kann der Austausch von Wärme zwischen dem Strömungsmittel, das in den Rohren 4 und 5 fließt, und den Kügelchen 45 oder dem geformten Gegenstand 3 in der Gießkammer 54 durch die Schichten 26 und 27. wirkungsvoll stattfinden, ohne daß eine beachtliche Wärmeableitung in der Schicht 25 erfolgt, da diese hochhitzeisolierend ist.

Ein Sinterungsprozeß findet folgendermaßen statt:

Die Gießform wird durch Zusammenbringen der beiden Teile 1 und 2 geschlossen, Polystyrolkügelchen 45 werden in den Raum 54 eingebracht, während nur das Luftventil 23 offengehalten wird. Nach dem Beschicken mit den Kügelchen wird das Ventil 23 geschlossen und das Ventil 15 geöffnet, um Dampf in die Gießkammer 54 eintreten zu lassen. Der Dampf kommt von seiner Quelle und während er in den Raum 54 strömt lediglich mit dem Verteilerkopf 13 und den Rohren 14 und 4 oder 5, die alle aus hitzeisolierendem Material hergestellt sind, in Berührung. Folglich kann, weil der Wärmeabfluß größtenteils verhindert wird, die gesamte Wärmemenge des Dampfes, wie sie durch die Dampfquelle erzeugt wird, zu den Polystyrolkügelchen transportiert werden. Dieser Umstand ist verantwortlich für die wesentliche Reduzierung des Energieverbrauchs des Gießsystems. Die besagte Verringerung kann 80 % bezüglich bekannter Gießvorrichtungen erreichen.

Nach der Dampfbeaufschlagung wird das Ventil 14 geschlossen und das Ventil 17 geöffnet, um demineralisiertes Kühlwasser direkt durch die Leitungen 4 und 5 in die Gießkammer 54 und die Kapseln 7 zu leiten, die in Kontakt mit dem gegossenen Gegenstand 3 sind. Demineralisiertes Wasser wird in einer stark reduzierten Menge bezüglich der bekannten Gießsysteme benötigt, wo es auch zum Kühlen von großen Metallmassen herangezogen wird.

-ΙΟΙ Das Sintern endet mit der Wasserbeaufschlagung und dem öffnen des Ventils 19, durch welches ein Unterdruck innerhalb der Gießvorrichtung erzeugt wird, um die Endphase des Gießprozesses in bekannter Weise zu beschleunigen. Das Ventil 19 wird dann geschlossen und die Gießvorrichtung wird durch Trennen des Formoberteiles 1 und des Formunterteiles 2 geöffnet. Das Ventil 21 wird geöffnet und Preßluft wird zu den Leitungen 4 und 5 geführt, was, begünstigt durch die geringe Adhäsion des gegossenen Gegenstandes an den Innenflächen 10,1O¹ der Gießvorrichtung, den Auswurf des besagten. Artikels ermöglicht, ohne daß die Anwendung von speziellen Entnahmevorrichtungen nötig wird.

Im Folgenden wird beschrieben, wie die Gießvorrichtung in besonders einfacher Weise hergestellt werden kann. Das monomere Ausgangsprodukt, ein entsprechender Katalysator und das Füllmaterial werden über ein Holz- oder Polystyrolmodell des zu formenden Gegenstandes gegossen. Das verwendete Kunstharz kann Epoxyharz sein, welches gegen Tem-

peraturen von 130°C widerstandsfähig ist. Ein Beispiel für solch ein Epoxyharz ist ARALDIT-XB 3052 A (R), dem der entsprechende Katalysator ARALDIT-XB 3052 B (R) beigefügt ist, wobei das Füllmaterial aus Glasfasern und siliciumhaltigem Sand besteht. Das Verhältnis von Epoxyharz zu Füllmaterial kann aus wirtschaftlichen Gründen in den verschiedenen Schichten 25, 26 und 27 unterschiedlich sein, wobei der Anteil an Füllmaterial in der Schicht 27 am geringsten und in der Schicht 25 am größten ist. Die Schicht 27 ist diejenige Schicht, die beim Gießen mit den Polystyrolkügelchen in Berührung kommt. Der Übergang zwischen den verschiedenen Schichten kann fließend sein, d.h. nicht so scharf abgegrenzt, wie es in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist.

Da das Kunstharz langsam aushärtet, bleibt genügend Zeit, um die Rohre 4 und 5 in den noch fließfähigen Harzkörper

unter den optimalen gegenseitigen Abständen einzubetten, die nach dem Energiebedarf des zu formenden Gegenstandes optimiert sind. Es ist auch möglich, einen Einsatz vorzusehen, um einen Dichtungssitz 30 für einen Dichtring 31 (Fig. 1) zu schaffen.

Nach dem Aushärten werden die Bohrungen 9 hergestellt, in denen die Kapseln 7 danach eingesetzt werden. Zur Vervollständigung der Gießvorrichtung müssen nun nur noch die Rohre 4 und 5,beispielsweise durch Verlängerungen 11, mit dem Verteilerkopf 13 verbunden werden.

Bei diesem vereinfachten Herstellungsverfahren kann die Gießvorrichtung mit erheblich geringeren Kosten hergestellt werden, als es bisher bei der Herstellung von Gießvorrichtungen aus Metall möglich war.

Aufgrund der oben beschriebenen Gießvorrichtung kann auch die die Gießvorrichtung aufnehmende Maschine vereinfacht werden, da die sogenannte Glocke entfallen kann.

Gegenüber dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind Abwandlungen der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung möglich. Beispielsweise können die Formteile 1 oder 2 Leitungen enthalten, die nicht durch kleine Rohre, sondern durch Bohrungen gebildet sind, die in den Kunstharzkörpern angebracht werden, wenn diese sich im festen Zustand befinden. Die Leitungen können auch durch Kern-Einsätze gebildet werden, die kurz vor dem Aushärten des Kunstharzes aus den Kunstharzkörpern herausgezogen werden. Auch können die Rohre aus einem anderen Material als Kunstharz bestehen, wobei es bevorzugt ist, Rohre mit niedrigem spezifischen Wärmekoeffizienten zu verwenden. Der Verteilerkopf 13 kann auch in den Formkörper 1 und/oder 2 untergebracht werden, wobei in diesem Fall die Verlängerungen 11 entfallen können.

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Claims

Patentansprüche

1. Gießvorrichtung zum Herstellen von Gegenständen, welche aus einem Formoberteil und einem Formunterteil besteht, die aufeinander zu und voneinander wegbewegbar sind und in ihrer geschlossenen Position eine Gießkammer umgrenzen, in die ein Material eingebracht wird, welches zur Fertigstellung des gegossenen Gegenstandes durch ein heißes Strömungsmittel gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Formober- und und Unterteile (1,2) aus einem synthetischen Harz hergestellt sind, welche hitzebeständig gegenüber der Temperatur des heißen Strömungsmittels sind und eine Vielzahl Leitungen (4,5) enthalten, die an einem Ende verschlossen sind und sich nahe an den, die Gießkammer (54) begrenzenden Innenflächen (10, 10') der Formteile flächendeckend erstrecken, daß eine Vielzahl von perforierten Kapseln (7) in den Innenflächen (10,1O¹) angeordnet sind, um eine Verbindung zwischen den Leitungen (4,5) und der Gießkammer (54) zu schaffen, daß mindestens ein Verteilerkopf (13) mit dem anderen Ende jeder Leitung (4,5) ver-

bunden ist, und daß mindestens zwei Paare von Leitungen mit Ventilen (14-, 16, 18,20,22) zu dem Verteilerkopf führen, wobei ein Leitungspaar das heiße Strömungsmittel und das andere Leitungspaar Kühlflüssigkeit der Gießkammer zuführt.

2. Gießvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Formoberteil (1) und das Formunterteil (2) aus Epoxyharz, gefüllt mit wärmeisolierendem Füllmaterial, besteht, welches mit prozentual ansteigendem Anteil von den Innenflächen zur Außenseite der Formteile vorgesehen ist.

3. Gießvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Füllmaterial siliciumhaltigen Sand und/oder SiO₂-Teilchen aufweist.

4. Gießvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3., dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial in dem Epoxyharz an den Innenflächen Metall oder Metalloxidpulver aufweist.

5. Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial Glasfasermaterial oder Matten (28) aufweist, die dicht bei den Leitungen (4,5) auf der den Innenflächen abgewandten Seite derselben angeordnet sind.

6. Gießvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerkopf (13) mit einer Leitung (14) zum Einleiten von Dampf,einer Leitung (16) zum Einleiten von Kühlwasser, einermit einer Vakuumquelle verbundene Leitung (18), einer Leitung (20) zum Einleiten von Luft, um einen gegossenen Gegenstand von den Innenflächen der Gießkammer abzulösen und einer Abflußleitung (22) verbunden ist, durch die in der Gießkammer (54) enthaltene Luft beim Einfüllen des zu sin-

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-3-1 ternden Materials aus der Gießkammer abgeleitet wird.

7. Gießvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das 5 zu sinternde Material Polystyrolkügelchen aufweist.