DE3836875A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von formlingen aus expandierbaren kunststoffpartikeln - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum herstellen von formlingen aus expandierbaren kunststoffpartikelnInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Herstellen von Formlingen aus
expandierbaren Kunststoffpartikeln, insbesondere
vorgeschäumten Polystyrolpartikeln, bei welchen die
Kunststoffpartikel im Formhohlraum eines zwei- oder
mehrteiligen Formwerkzeugs unter der Einwirkung von
Wärme aufgebläht und gegen die eigentlichen
Formwandteile geformt werden, die dazu mittels in an
ihrer Außenseite angeordneten Dampfkammern eingeführten
heißen Wasserdampfes beheizt werden, wobei die
geblähten Kunststoffpartikel durch in den Formhohlraum
eingeführten Wasserdampf miteinander verschweißt werden
und die so gebildeten Formlinge im Formwerkzeug durch
mittels Flüssigkeitsaufgabe und Evakuieren der
Dampfkammern erfolgendes Kühlen der eigentlichen
Formwandteile stabilisiert und anschließend entformt
werden.
Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen dieser
Art wird das Kühlen der Formwand durch Einsprühen von
Wasser, sei es kaltem Wasser oder vorgewärmtem Wasser
- wie aus DE-OS 31 15 773 bekannt - vorgenommen. Das
Einspritzen von Wasser als Kühlmittel oder
zusätzliches, den Kühlvorgang unterstützendes Medium
hat jedoch den Mangel, daß die in dem Formling
enthaltenen Reste des zum Verschweißen benutzten
Wasserdampfes im Formling selbst kondensiert werden.
Der Formling kann deshalb nur in nassem oder
feuchtem Zustand bzw. mit nasser oder feuchter
Oberfläche entformt werden. Darüber hinaus hat die
Benutzung von als Kühlmittel in die Dampfkammer
einzuspritzendem oder einzusprühendem Wasser den
erheblichen Nachteil, daß in dem Wasser enthaltene
Stoffe, insbesondere Kalziumverbindungen, mit in den
expandierbaren Kunststoffpartikeln enthaltenen Stoffen
insbesondere als Beschichtung auf den Partikeln
vorgesehenen Gleitmitteln, starke, nur sehr schwer
(praktisch überhaupt nicht mehr) entfernbare Beläge auf
der der Dampfkammer zugewandten Rückenfläche der
Formwandteile bilden. Solche Beläge vermindern
beträchtlich die Wärmeübergangseigenschaften von der
Dampfkammer auf die Formwandteile und dadurch den
thermisch-energetischen Wirkungsgrad des Werkzeugs.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein
verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung
zum Herstellen von Formlingen aus expandierbaren
Kunststoffpartikeln zu schaffen, die einerseits einen
wesentlich verbesserten energetischen Wirkungsgrad und
damit eine wesentliche Verminderung des
Energieaufwandes im Betrieb ermöglichen, zum anderen
eine wirksame Vermeidung der störenden Beläge an der
Rückenfläche der Formwandteile ermöglichen und nicht
zuletzt die Herstellung trockener Formlinge aus
expandiertem Kunststoff ohne die Notwendigkeit
zusätzlichen Aufwandes an Vorrichtungsteilen, Zeit und
Energie ermöglichen.
Diese Aufgabe wird im Verfahren gemäß der Erfindung
dadurch gelöst, daß das Kühlen der eigentlichen
Formwandteile durch Verdampfen von aus Wasserdampf
gebildetem bzw. im Verfahren angefallenem Kondensat
unter Evakuieren der Dampfkammern vorgenommen wird
und daß das zu verdampfende Kondensat hierzu vor
und/oder bei dem Kühlen, zumindest bei dessen Beginn,
auf die der jeweiligen Dampfkammer zugewandte
Rückenfläche der eigentlichen Formwandteile innerhalb
der Dampfkammer mit einer Temperatur aufgebracht wird,
die gleich oder nur wenige Kelvin, maximal 10 K,
unterhalb der Siedetemperatur des Kondensats ist, und
zwar derjenigen Siedetemperatur, wie sie dem im
Zeitpunkt des Aufbringens des Kondensats auf die
Formwand-Rückenfläche in der Dampfkammer herrschenden
Druck entspricht.
Die Erfindung geht dabei von der neuartigen Erkenntnis
und Feststellung aus, daß das Verdampfen von auf
Siedetemperatur oder nahezu auf Siedetemperatur
befindlichem Kondensat nach Ablassen des Dampfes aus
der Dampfkammer und bei Anlegen von Vakuum an die
Dampfkammer ausreicht, um die Formwand für das
Stabilisieren des Formlings bis zur Entformbarkeit
ausreichend zu kühlen. Bei sehr einfacher Gestaltung
der Formlinge und damit sehr einfacher Ausbildung der
Formwandteile kann u.U. die sich bei dem Ablassen des
Wasserdampfes und damit in der Dampfkammer
entstehenden Druckentlastung an der Rückenfläche der
Formwandteile niederschlagende Kondensatmenge
ausreichen, um durch Verdampfen während des
Evakuierens der Dampfkammer die Formwandteile
ausreichend zu kühlen. Im allgemeinen wird jedoch eine
zusätzliche Kondensatmenge der Rückenfläche der
Formwandteile zuzuführen sein. In jedem Fall jedoch
soll das Kühlen der Formwand zum Stabilisieren der
Formlinge nur bis in den Bereich der
Stabilisierungstemperatur geführt werden, also bis
zu einer Temperatur, bei der kein Nachblähen des
expandierbaren Kunststoffs nach dem Entformen mehr
auftritt. Die Formwand bleibt auch beim Öffnen der
Form zum Entformen noch relativ warm. Dadurch wird
der Energieaufwand zum Aufheizen der Form im nächsten
Arbeitszyklus wesentlich vermindert, und außerdem die
erforderliche Zeit für den Arbeitszyklus erheblich
verkürzt. Durch das Kühlen der Formwand durch
Verdampfen von auf ihrer der Dampfkammer zugewandten
Rückenfläche aufgefangenem und evtl. zusätzlich
zugeführtem Kondensat unter Anlegen von Vakuum an die
Dampfkammer ergibt sich ein sanftes Ansetzen des
Kühlvorganges, so daß Reste von Wasserdampf in dem sich
im Formhohlraum befindlichen porösen Formkörper noch
aus diesem abdampfen können und nicht kondensieren, wie
dies bei schnell einsetzendem, abschreckendem Kühlen
der Formwandteile unvermeidlich ist. Da das Bedampfen
des Formkörpers zum Verschweißen der Kunststoffpartikel
im allgemeinen mittels in den Formwandteilen
angebrachter Bedampfungsdüsen von der Dampfkammer her
erfolgt, kann mit dem Evakuieren der Dampfkammer auch
der im porösen Formkörper enthaltene Wasserdampf
weitgehend abgezogen werden. Sollte sich im Inneren des
Formkörpers bereits Kondensat gebildet haben, so wird
dieses durch das in der Dampfkammer erzeugte und durch
die Bedampfungsdüsen bis zum Formling hin wirksam
werdende Vakuum sicher verdampft werden. Auf diese
Weise wird die Möglichkeit geschaffen, daß sich ein
kombiniertes Kühlen des Formlings von seinem Inneren
her und von der Formwand her einstellt, wodurch trotz
der geringen Wärmeleitfähigkeit der Formlingwand ein
wirksames Kühlen und wirksames Trocknen des Formlings
hervorgerufen werden. Das für das Kühlen durch
Verdampfen erfindungsgemäß ausschließlich zu benutzende
Kondensat ist bei Beginn des Kühlschrittes relativ
heiß, d.h. mit Temperatur bei oder knapp, d.h. maximal
10 K unterhalb der Siedetemperatur, also beträchtlich
oberhalb der Stabilisierungstemperatur des jeweiligen
expandierten Kunststoffmaterials einzusetzen. Das
Kühlen der Formwand erfolgt somit im Gegensatz zu den
bisherigen bekannten Verfahren nicht mehr in Verbindung
mit dem Aufbringen von kaltem Kühlmittel auf die
Formwandoberfläche. Es wird dadurch jegliches
Abschrecken und vor allem örtliches Abschrecken der der
Formwand und der Formlingoberfläche vermieden. Das
intensive Verschweißen der Kunststoffpartikel kann sich
in den Oberflächenbereichen des in dem Formwerkzeug
befindlichen Formlings zeitlich noch bis in den
Kühlschritt hinein erstrecken. Auf diese Weise wird
durch das erfindungsgemäße Verfahren ein verbessertes
Verschweißen und damit eine verbesserte Ausbildung an
der Formlingoberfläche erreicht. Durch das milde
Ansetzen des Kühlvorganges in Verbindung mit der
Ausnutzung des im Inneren des Formlings einsetzenden
Kühlvorganges durch Abziehen von restlichem Dampf und
Verdampfen von gebildetem Kondensat wird auch eine
verbesserte Struktur-Gleichmäßigkeit in der
Formlingwand von der Oberfläche her bis zum Inneren
erreicht. Die Temperatur des auf die
Formwand-Rückenfläche aufgebrachten Kondensats soll bei
Beginn des Kühlvorganges bevorzugt nur 1 K bis 2 K
unterhalb der durch den Druck in der Dampfkammer
bestimmten Siedetemperatur des Kondensats liegen. Dies
gilt sowohl für das durch Niederschlagen an der
Formlingrückenfläche aufgefangene und von dort wieder
verdampfte Kondensat als auch insbesondere für
dasjenige Kondensat, das zusätzlich zu dem sich bei
Druckentspannung in der Dampfkammer an der Rückenfläche
der Formlingteile niederschlagenden und dort
aufgefangenen Kondensat, noch in seiner Temperatur auf
oder wenige Kelvin unter Siedetemperatur eingestellte,
auf die Rückenfläche der Formwandteile zu spritzenden
oder zu sprühenden Kondensat.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist zumindest
ein Teil der für das Verdampfen zur Kühlung der
Formwandteile eingesetzten Kondensatmenge durch
Auffangen und Zurückhalten des sich während der dem
Kühlen vorangehenden Verfahrensschritte desselben
Verfahrenszyklus niederschlagenden Kondensats an der
der Dampfkammer zugewandten Rückenfläche des jeweiligen
Formwandteiles selbst zu gewinnen und direkt von dort
zur Kühlung wieder zu verdampfen. Da diese aufgefangene
Kondensatmenge in den meisten Anwendungsfällen nicht
für den Kühlvorgang ausreicht, kann in Weiterbildung
dieser Ausführungsform der Erfindung das an den
Dampfkammern anfallende, von der Rückenfläche des
jeweiligen Formwandteiles freie Kondensat aufgefangen
und zumindest zum Teil als zum Verdampfen vorgesehene
Kondensatmenge oder zum Ergänzen der zum Verdampfen
vorgesehenen Kondensatmenge auf die der Dampfkammer
zugewandten Rückenfläche des jeweiligen Formwandteiles
gesprüht und/oder gespritzt werden. Falls die in
vorhergehenden Verfahrenszyklen oder in demselben
Verfahrenszyklus anfallenden Kondensatmengen nicht für
das Kühlen ausreichen (was insbesondere bei
Betriebsbeginn einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw.
Anlage vorkommen kann), ist ausreichend Kondensat aus
Teilen des für den Betrieb erzeugten Wasserdampfes zu
bilden. Keinesfalls soll Leitungswasser, auch nicht
aufbereitetes Wasser, zur Ergänzung der für das Kühlen
im Verlauf des Verfahrens anfallende Kondensatmenge
ist größer als sie für die Kühlung benötigt wird, kann
das Kondensat ohne weiteres in den Dampferzeuger
zurückgeführt werden.
Das in den Dampfkammern anfallende, von der
Rückenfläche des jeweiligen Formwandteiles freie
Kondensat kann im Rahmen der Erfindung aus der
jeweiligen Dampfkammer abgezogen, gesammelt und zum
Einleiten des Kühlens der eigentlichen Formwandteile
zunächst auf eine wenige Kelvin unterhalb derjenigen
Siedetemperatur liegende Temperatur eingestellt
werden, wie sie dem beim Aufbringen des Kondensats
auf die Rückenfläche des Formwandteiles in der
jeweiligen Dampfkammer herrschenden Druck entspricht,
wobei das so in seiner Temperatur eingestellte
Kondensat mittels gasförmigen Mediums, vorzugsweise
Wasserdampf, innerhalb der Dampfkammer auf die
Rückseite der zu kühlenden Formwandteile gesprüht
und/oder gespritzt wird. Das gesammelte Kondensat kann
dabei mittels aus Wasserdampf erzeugtem
Frischkondensat ergänzt und/oder aufbereitet werden.
Um die für das Aufbringen auf die Rückenfläche der
Formwandteile eingestellte Temperatur des Kondensats
auch tatsächlich bis an die Einsatzstelle hin aufrecht
zu erhalten, empfiehlt es sich, die
Kühlmittel-Zuführungsleitungen zu den Steuerventilen
ständig mit Kondensat gefüllt zu halten, das auf diese
Weise außer den Kühlzeiten durch Umlauf durch einen
Wärmetauscher ständig auf einer nur wenige Kelvin
unterhalb der Siedetemperatur liegenden Temperatur
und auf für das Versprühen oder Verspritzen geeigneten
Druck zu halten ist.
Beispielsweise können bei Herstellung von Formlingen
aus expandiertem Polystyrol die eigentlichen
Formwandteile auf eine Temperatur zwischen etwa 70°
und 80°C abgekühlt werden, wobei das Kondensat bei
Beginn des Kühlvorganges mit Temperatur bei 98°C
bis 100°C auf die der Dampfkammer zugewandte
Rückenfläche der Formwandteile zu sprühen und/oder
zu spritzen ist, während der Absolutdruck in der
Dampfkammer im Bereich von 1 bar beträgt.
Zur sicheren gleichmäßigen Verteilung des Kondensats
auf der Rückenfläche der Formwandteile empfiehlt es
sich, das zum Kühlen auf die Rückenfläche der
Formwandteile zu sprühende oder zu spritzende
Kondensat mit einem Druck bei 3 bar bis 5 bar in
die Dampfkammer zu sprühen oder zu spritzen und dabei
in der Dampfkammer während des Kühlens - ausgehend
von Atmosphärendruck - durch Evakuieren Druckminderung
auf etwa 200 mbar bis 300 mbar Absolutdruck zu
erzeugen.
Im Rahmen der Erfindung und zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung
zum Herstellen von Formlingen aus expandierbaren
Kunststoffpartikeln, insbesondere vorgeschäumten
Polystyrolpartikeln, geschaffen, bei der ausgegangen
wird von einer Vorrichtung mit einem zwei- oder
mehrteiligen Formwerkzeug, dessen Formhohlraum durch
eigentliche Formwandteile begrenzt ist, an deren
Rückseite Dampfkammern zum Beheizen der Formwand
mittels Wasserdampf und an denen Einrichtungen zum
Zuführen von Dampf in den Formhohlraum vorgesehen
sind, wobei in den Dampfkammern Einrichtungen zum
gesteuerten Einsprühen oder Einspritzen von
Kühlflüssigkeit angebracht sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kennzeichnet sich
dabei dadurch, daß die eigentlichen Formwandteile an
ihrer der jeweiligen Dampfkammer zugewandten
Rückenfläche mit zum Halten und Abdampfen von
Kondensat ausgebildeter Oberfläche ausgebildet sind
und die Einrichtungen zum Einsprühen oder Einspritzen
von Kühlflüssigkeit auf die Rückenfläche der
Formwandteile gerichtete Sprühvorrichtungen oder
Spritzvorrichtungen aufweisen, die über eine für die
Erzeugung ausreichenden Sprüh- oder Spritzdruckes
ausgebildete Kondensat-Fördervorrichtung an Sammel-
und Aufbereitungseinrichtungen für das Kondensat
angeschlossen sind, während die Dampfkammern mit
Einrichtungen zum Abführen des in ihnen anfallenden,
von der Rückenfläche der Formwandteile freien
Kondensats für dessen Einsatz als Kühlmittel an diese
Sammel- und Aufbereitungseinrichtungen angeschlossen
sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich
besonders günstig im erfindungsgemäßen Verfahren
betreiben, um optimalen thermischen und energetischen
Wirkungsgrad zu erzielen und dabei auch die
Zykluszeiten möglichst klein zu halten, weil
zwischen den an den Formwandteilen erzeugten
Formtemperatur und Entformungstemperatur nur solche
Temperaturdifferenz vorgesehen wird, wie sie für das
zu verformende Material unbedingt notwendig ist. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich auch
hinsichtlich des erforderlichen Dampfbedarfes
besonders sparsam betreiben.
Bevorzugt kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mindestens eine der Dampfkammern, vorzugsweise jedoch
jede Dampfkammer, an ihrem unteren Teil einen
Kondensatauffangsumpf als Sammeleinrichtung aufweisen,
während im Inneren mindestens einer der Dampfkammern,
vorzugsweise jeder Dampfkammer, eine im wesentlichen
auf die Rückenfläche des jeweiligen Formwandteiles
gerichtete Sprühvorrichtung und/oder Spritzvorrichtung
vorgesehen ist, wobei diese Sprühvorrichtung oder
Spritzvorrichtung über eine für die Erzeugung
ausreichenden Sprüh- oder Spritzdruckes ausgebildete
Kondensat-Fördervorrichtung direkt oder indirekt an
den Kondensat-Auffangsumpf angeschlossen ist und
Einrichtungen zum Aufbereiten des Kondensats,
insbesondere dessen Temperatureinstellung in den
Kondensat-Auffangsumpf und/oder in die
Kondensat-Fördervorrichtung einbezogen sind. Diese
grundsätzliche Ausbildung kann bei kleineren
erfindungsgemäß ausgestatteten Maschinen eine
unmittelbare Verbindung zwischen Kondensat-Auffangsumpf
und Sprühvorrichtungen oder Spritzvorrichtung derselben
Dampfkammer oder an ein und derselben Maschine
vorsehen. Es ist aber auch möglich, bei größeren
Anlagen mit mehreren erfindungsgemäß ausgestatteten
Schäumformmaschinen zwischen dem Kondensat-Auffangsumpf
der Dampfkammern und den Sprühvorrichtungen oder
Spritzvorrichtungen für eine Mehrzahl von solchen
Maschinen gemeinsame zentrale Einrichtung zum Sammeln
und Aufbereiten des Kondensats vorzusehen. Im letzteren
Fall sind in das System für die Kondensatgewinnung, das
Sammeln des Kondensats, Aufbereiten des Kondensats und
Verteilen des Kondensats naturgemäß gesteuerte
Ventileinrichtungen einzusetzen, wobei dafür Sorge zu
tragen ist, daß das in seiner Temperatur eingestellte
Kondensat auch möglichst die eingestellte Temperatur
bis zur Einsatzstelle behält. So kann beispielsweise
ein über Kondensat-Abführleitungen an die Dampfkammern
einer oder mehrerer Formmaschinen angeschlossener
Kondensat-Sammelbehälter vorgesehen sein, von welchem
das Kondensat mittels der Kondensat-Fördervorrichtung
über einen Kondensaterwärmer in zu den
Sprühvorrichtungen oder
Spritzvorrichtungen der Dampfkammern führende
Kondensat-Zuleitungen übergeführt wird. Der
Kondensaterwärmer kann beispielsweise ein mit
Wasserdampf betriebener Wärmetauscher sein. Das in
einem solchen Wärmetauscher anfallende Kondensat kann
dem für die Kühlung vorgesehenen Kondensat beigegeben
werden. Die Kondensatzuleitungen können als über den
Kondensaterwärmer führendes, eine Förderpumpe
enthaltendes Kreislaufsystem ausgebildet sein, das
mittels den Sprühvorrichtungen oder Spritzvorrichtungen
zugeordneter Steuerventile gesteuert entweder auf
Kreislaufbetrieb oder Kondensatzuführung zu den
Sprühvorrichtungen oder Spritzvorrichtungen umschaltbar
ist. Die dabei eingesetzten Steuerventile können
bevorzugt jeweils durch ein zusammenwirkendes
Ventilepaar gebildet sein, nämlich ein die
Kondensatzuführungsleitung zu den Spritz- und
Sprühdüsen zeitweilig an den Kondensatkreislauf
anschließendes Kondensatventil und ein die
Wasserdampfzuführung zu den Spritz- oder Sprühdüsen
zeitweilig öffnendes Dampfventil. Dabei kann man den
Kondensatkreislauf möglichst dicht bis an die
Spritzdüsen oder Sprühdüsen heranführen. Eine
unvermeidlich zwischen den Sprühdüsen oder Spritzdüsen
und dem Kondensatkreislauf angeordnetes einfaches
Kondensatleitungsstück läßt sich hinsichtlich der
Temperatur des in ihm geführten Kondensats dadurch
verbessern, daß die vom Ventilepaar abgeführten
Kondensatzuführungsleitung und Dampfleitung zu einer
Wärmetauschereinrichtung, beispielsweise in Art einer
Koaxialleitung, vereint sind, in der die Dampfleitung
zugleich ein Heizelement für die Kondensatleitung
bildet. Eine weitere Betriebsverbesserung läßt sich bei
dieser Anordnung dadurch erreichen, daß das Ventilepaar
derart gesteuert ist, daß das Dampfventil kurzzeitig
vor dem Kondensatventil in Stellung zum Anschließen der
Kondensatzuführungsleitung an den Kondensatkreislauf in
Offenstellung gebracht wird. Durch das kurzzeitig
frühere Öffnen des Dampfventils wird einerseits ein
Aufwärmen der Kondensatleitung mittels des zuerst durch
die Dampfleitung geführten Dampfes erreicht. Außerdem
lassen sich auf diese Weise die Sprühdüsen bzw.
Spritzdüsen und die vor ihnen angeordneten
Leitungsstücke in einfacher Weise mit Wasserdampf
durchspülen, bevor das Kondensat zugeführt wird, um auf
diese Weise eine sofort wirksame Kondensatverteilung
unter Sicherstellung der gewünschten
Kondensattemperatur an der Rückenfläche der
Formwandteile zu gewährleisten.
Als weitere wesentliche Verbesserung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen werden,
daß mindestens einer der Formwandteile, vorzugsweise
jeder Formwandteil an seiner der Dampfkammer
zugewandten Rückenfläche mindestens eine Lage von
wärmeleitenden, im wesentlichen kugelförmigen
Flächenvergrößerungselementen in wäremeleitender
Verbindung mit der eigentlichen Formwand und in
flächenmäßig dichter Anordnung aufweist. Grundsätzlich
soll die Rückenfläche der Formwandteile gemäß der
Erfindung in der Lage sein, nennenswerte
Kondensatmengen festzuhalten und zu speichern. Man
könnte sich vorstellen, daß dies durch Aufrauhen der
Rückenfläche angestrebt werden könnte, wobei jedoch die
Rauhtiefe so groß sein müßte, daß tatsächlich ein
erheblicher Kühleffekt durch Verdampfen der
festgehaltenen gespeicherten Kondensatmenge erreichbar
wird. Kugelförmige Flächenvergrößerungselemente, wie
sie bevorzugt im Rahmen der Erfindung an der
Rückenfläche der Formwandteile vorzusehen sind, bilden
zwischen sich Aufnahmeräume für Kondensat, die aufgrund
der Kugelform der Flächenvergrößerungselemente am
Grunde wesentlich aufgeweitet sind und verengten Zugang
nach der Dampfkammer hin aufweisen. Somit bilden die
kugelförmigen Oberflächenvergrößerungselemente eine
Struktur, die derjenigen eines Schwammes vergleichbar
ist. Einerseits bilden damit diese
Oberflächenvergrößerungselemente einen vorzüglichen
Speicher für das beim Aufheizen der Formwandteile
anfallende, sich an den noch relativ kühlen
Formwandteilen niederschlagende Kondensat. Das
Verdampfen von Kondensat während des Aufheizvorganges
wird durch die verengten Zugänge zu den in dieser
Struktur gebildeten Kondensataufnahmeräumen weitgehend
verhindert. Zusammen mit der durch die
Oberflächenvergrößerungselemente wesentlich
vergrößerten Oberfläche des Formwandteiles gegenüber
seiner Dampfkammer ergibt sich hierdurch eine
wesentliche Intensivierung und Beschleunigung des
Aufheizvorganges, da die mit Kondensat befeuchtete
Oberfäche der Oberflächenvergrößerungselemente den
Wärmefluß vom Dampf zu dem Formwandteil während des
Aufheizens verbessert. Sobald mit dem Ablassen des
Dampfes aus der Dampfkammer eine Druckentspannung
eintritt, erfolgt ein zweites Kondensieren in der
Dampfkammer und Niederschlagen von Kondensat an der
Rückenfläche der Formwandteile. Die zwischen den
Oberflächenvergrößerungselementen gebildeten
Aufnahmeräume werden dabei weiterhin mit Kondensat
aufgefüllt. Mit einsetzendem Evakuieren der
Dampfkammer wird das Kondensat aus diesen
Aufnahmeräumen heraus verdampft, wobei aufgrund der
verbesserten Wärmeleitungsverhältnisse und
vergrößerten Oberfläche ein wirksames Kühlen der
Formwandteile eintritt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei
herausgestellt, wenn die Flächenvergrößerungselemente
sämtlich im wesentlichen gleich große Abmessungen
aufweisen. Beispielsweise können die
Oberflächenvergrößerungselemente in Kugelform mit
Durchmesser zwischen 2 mm und 3 mm vorgesehen sein. Im
Interesse optimaler Wärmeleitung zwischen dem
plattenförmigen Teil des Formwandteiles und den
Flächenvergrößerungselementen empfiehlt es sich, diese
Flächenvergrößerungselemente einstückig mit dem
Plattenteil des Formwandteiles auszubilden,
beispielsweise anzuformen, vorzugsweise anzugießen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden
anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung des
Formwerkzeuges einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt eines
Formwandteiles im Bereich 2 der Fig. 1;
Fig. 3 eine Draufsicht auf die der Dampfkammer
zugewandte Rückenfläche des Formwandteiles
im Bereich 2 der Fig. 1;
Fig. 4 eine schematische Kurvendarstellung der
Temperatur T des Formwandteiles und des in
der zugeordneten Dampfkammer erzeugten Druckes
p D während des Aufheizens und Kühlens in
einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens;
Fig. 5 eine Kurvendarstellung entsprechend derjenigen
der Fig. 4 in bevorzugter Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 6 die schematische Darstellung einer für ein
einziges Formwerkzeugteil vorgesehenen
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
Fig. 7 die schematische Darstellung einer für mehrere
Schäumformwerkzeuge oder Schäumformmaschinen
anwendbare Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 8 ein Detail "X" der Fig. 7 in vergrößerter
Darstellung;
Fig. 9 ein Detail "Y" der Fig. 7 in vergrößerter
Darstellung und
Fig. 10 eine gegenüber Fig. 7 abgewandelte
Ventilanordnung teilweise schematisch.
Bei dem in Fig. 1 wiedergegebenen Beispiel ist ein
zweiteiliges Formwerkzeug 10 mit "Haube" als die eine
Werkzeughälfte 11 und "Kern" als die zweite
Werkzeughälfte 21 vorgesehen. Jede dieser
Werkzeughälften 11 und 21 enthält eine eigentliche
Formwand 12 bzw. 22 und an der Rückseite dieser
Formwand 12 bzw. 22 eine Dampfkammer 13 bzw. 23. In
den Formwänden 12 und 22 sind düsenförmige Öffnungen
14 bzw. 24 angebracht, durch die Dampf aus der
jeweiligen Dampfkammer 13 bzw. 23 in den zwischen den
Formwänden 12 und 22 gebildeten Formhohlraum 30
eintreten kann bzw. Luft, Dampf und sonstige
gasförmige Medien aus dem Formhohlraum 30 in die
Dampfkammern 13 und 23 abgesaugt werden können. In
den Formhohlraum 30 münden in herkömmlicher Weise ein
mit Preßluft betätigter Injektor 31 für die in den
Formhohlraum 30 einzuführenden expandierbaren, ggf.
vorgeschäumten Kunststoffpartikel.
Jede der beiden Dampfkammern 13 und 23 ist mit einem
Anschluß 15 bzw. 25 ausgestattet. Dieser Anschluß 15
bzw. 25 ist jeweils über ein Dampfeinlaßventil 16 bzw.
26 an einen Dampferzeuger 32 angeschlossen und über
je ein Vakuumventil 17 bzw. 27 an ein Vakuumsystem,
beispielsweise eine Vakuumpumpe 33 (die in Fig. 1
doppelt dargestellt, aber in Wirklichkeit für beide
Formhälften 11 und 21 dieselbe sein kann). An ihrem
unteren Ende ist jede der Dampfkammern 13 und 23 mit
einem Kondensat-Auffangsumpf 18 bzw. 28 ausgestattet.
An den Kondensat-Auffangsumpf 18 bzw. 28 ist jeweils
über ein Kondensat-Absperrventil 60 ein
Kondensat-Sammelgefäß 61 angeschlossen, von welchem
das gesammelte Kondensat in eine
Kondensat-Fördervorrichtung 19 bzw. 29 abgeführt wird.
Die Kondensat-Fördervorrichtung 19, 29 enthält jeweils
eine Sammel- und Aufbereitungseinrichtung 40 für das
Kondensat. In diesen Sammel- und
Aufbereitungseinrichtungen 40 sind u.a. ein
Kondensaterwärmer und ein Druckerzeuger enthalten.
Der Kondensaterwärmer ist bevorzugt in Art eines
Wärmetauschers ausgebildet, in welchem Wasserdampf
als Wärmespendermedium benutzt wird. Das in diesem
Wärmetauscher aus dem Wasserdampf anfallende Kondensat
kann innerhalb der Sammel- und
Aufbereitungseinrichtung 40 dem aus dem jeweiligen
Kondensat-Sammelgefäß 61 der Werkzeughälften 11 und
21 abgezogenen Kondensat beigemischt werden. In den
Sammel- und Aufbereitungseinrichtungen 40 wird das
Kondensat auf die gewünschte Temperatur gebracht, mit
der es auf die Rückenfläche der Formwandteile 12 und
22 gespritzt oder gesprüht werden soll. Da das
Aufsprühen oder Aufspritzen des Kondensats in einem
Zeitpunkt des Verfahrens erfolgen soll, bei welchem
in den Dampfkammern 13 und 23 im wesentlichen
Normaldruck herrscht, ist die am Kondensat
einzustellende Temperatur bei 100°C oder knapp
darunter, beispielsweise 98°C. Von den Sammel- und
Aufbereitungseinrichtungen 40 führen
Kondensatleitungen 51 zu an den Werkzeughälften 11
und 21 angebrachten Kondensatmischkopf 50, die mit
Wasserdampf betrieben werden. Hierzu sind die
Kondensatmischköpfe 50 über zeitlich gesteuerte
Dampfventile 52 an die vom Dampferzeuger 32 kommende
Dampfleitung 53 angeschlossen. An diese Dampfleitung
53 sind auch die Dampfventile 16 und 26 und die
Sammel- und Aufbereitungseinrichtungen 40
angeschlossen.
Die Kondensatmischköpfe 50 beschicken
Sprühvorrichtungen oder Spritzvorrichtungen 41, die
im Inneren der Dampfkammern 13 und 23 angebracht und
gegen die Rückenfläche 42 des Formwandteils 12 bzw.
die Rückenfläche 43 des Formwandteils 22 gerichtet
sind.
Wie aus Fig. 1 in Verbindung mit den Fig. 2 und
3 ersichtlich, tragen die Formwandteile 12 und 22 an
ihrer zu der jeweiligen Dampfkammer 13 bzw. 23
gerichteten Rückenfläche 42 bzw. 43 je eine einlagige
Schicht 44 aus Flächenvergrößerungselementen 45. Diese
Flächenvergrößerungselemente haben im dargestellten
Beispiel im wesentlichen Kugelform und sind in
dichtester gegenseitiger Anordnung direkt an die
Formwandteile 12 und 22 angeformt. Beispielsweise
können die Formwandteile 12 und 22 zusammen mit ihren
Flächenvergrößerungselementen 45 aus
Aluminiumlegierung gegossen sein.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, bilden die im wesentlichen
kugelförmigen Flächenvergrößerungselemente 45 am Grund
der Schicht 44 verbreiterte Aufnahmeräume 46 für
Kondensat, während die aus diesen Aufnahmeräumen 46
zur jeweiligen Dampfkammer 13 bzw. 23 führenden
Durchlässe 47 verengt sind. Auf diese Weise wird durch
die Flächenvergrößerungselemente 45 nicht allein eine
wesentliche Oberflächenvergrößerung der Rückenfläche
42 bzw. 43 der Formwandteile 12 und 22 gegenüber der
jeweiligen Dampfkammer 13 bzw. 23 erreicht, sondern
auch ein hoch wirksamer Speicherraum für beim
Aufheizen der Formwandteile 12 und 23 entstehendes
und sich an den Rückenflächen 42 und 43
niederschlagendes Kondensat gebildet. Die Größe und
die Form der Flächenvergrößerungselemente 45 kann von
Anwendungsfall zu Anwendungsfall variieren. Für
Werkzeuge der angesprochenen Art, nämlich Werkzeuge
zum Herstellen von Formlingen aus expandierbaren
Kunststoffpartikeln, hat sich Kugelform mit Durchmesser
zwischen 2 mm und 3 mm als besonders vorteilhaft für
die Flächenvergrößerungselemente 45 gezeigt.
Während des Betriebes der Schäumformvorrichtung wird
die Temperatur der Formwandteile 12 und 22 im
Formwerkzeug 10 so eingestellt, daß sie bei geöffnetem
Formwerkzeug etwa der Stabilisierungstemperatur des
zu verarbeitenden expandierbaren Kunststoffmaterials
entspricht. Bei Verarbeitung von expandierbarem
Polystyrol liegt diese Temperatur bei etwa 65°C bis
90°, vorzugsweise bei etwa 70 bis 80°C. Nachdem
das Formwerkzeug 10 bei dieser Temperatur der
Formwandteile 12 und 22 geschlossen worden ist, wird
der Formhohlraum 30 mittels des Injektors 31 mit den
expandierbaren Kunststoffpartikeln gefüllt,
beispielsweise mit Perlen aus expandierbarem,
vorgeschäumtem Polystyrol, die einen Durchmesser bei
2 mm bis 5 mm aufweisen können.
Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, kann ein Arbeitszyklus
eingeteilt werden in: 1) Beginn des Zyklus, 2)
Aufheizen, 3) Bedampfung des im Formhohlraum
befindlichen geblähten Kunststoffs, 4) Dampfdruckabbau
(Druckentspannung in der Dampfkammer), 5)
Schaumdruckabbau (durch Kühlen und Absaugen von
gasförmigen Medien aus dem Formhohlraum durch die
Düsenöffnungen 24 in die Dampfkammer, 6) Belüften der
evakuierten Dampfkammer und 7) Entformen und Ende des
Zyklus. Bei Zyklusbeginn 1) wird die Form geschlossen.
Nach dem Schließen der Form wird der Formhohlraum 30
mittels des Injektors 31 mit den expandierbaren
Kunststoffpartikeln gefüllt. Anschließend erfolgt das
Aufheizen 2 der Formwandteile 12 und 22 durch Einleiten
von Wasserdampf mit etwa 120°C Temperatur in die
Dampfkammern 13 und 23. Die Formwandteile werden auf
etwa 115°C geheizt. Der in den Dampfkammern
aufrechterhaltene Druck des heißen Wasserdampfes kann
etwa 2 bar betragen, also etwa 1 bar Überdruck
gegenüber dem Atmosphärendruck. Während des
Aufheizvorganges 2 werden Teile des in den Dampfkammern
13 und 23 unter einem Absolutdruck von 2 bar gehaltenen
Wasserdampfes durch die Düsen 14 und 24 von den
Dampfkammern 13 und 23 her in den Formhohlraum 30 und
in dessen Füllung von expandierbaren
Kunststoffpartikeln gepreßt. Hierdurch erfolgt ein
intensives Erwärmen der Kunststoffpartikel unter
Erweichen der Partikel-Oberflächen. Als nächster
Schritt erfolgt dann Dampfdruckabbau, d.h. das Ablassen
des Wasserdampfes aus den Dampfkammern 13 und 23. Dies
hat zur Folge, daß auch ein Druckabbau im gasförmigen
Medium im Inneren des Formhohlraums 30 eintritt, so
daß die in dem Formhohlraum 30 enthaltenen
expandierbaren Kunststoffpartikel momentan stark
aufblähen und an ihren Oberflächen zusammenschweißen.
Die an den dem Formhohlraum 30 zugewandten Oberflächen
der Formwandteile 12 und 22 liegenden
Kunststoffpartikel werden dabei an die
Formwandoberfläche angepreßt und ergeben dadurch eine
glatte Oberfläche des Formlings.
Während des Aufheizschrittes 2) der Formwandteile 12
und 22 sowie während des Bedampfungsschrittes 3 hat
sich sowohl an der jeweiligen Dampfkammer 13 bzw. 23
zugewandten Rückenfläche 42 bzw. 43 der Formwandteile
12 und 22 Wasser als Kondensat aus dem Wasserdampf
niedergeschlagen. Dieses Kondensat besetzt die
Hohlräume 46 zwischen den
Flächenvergrößerungselementen 45 und wird dort
zunächst gespeichert. Beim Bedampfungsschritt 3) wird
auch Kondensat im Inneren des Formhohlraumes bzw. in
der dort vorhandenen Füllung von expandierbaren
Kunststoffpartikeln gebildet. Nach dem
Dampfdruck-Abbauschritt 4) erfolgt dann ein Evakuieren
der Dampfkammern 13 und 23 bis auf etwa 200 bis
300 mbar (Absolutdruck), wodurch der Schaumdruckabbau
5) erfolgt. Mit dem Evakuieren der Dampfkammern 13
und 23 erfolgt auch ein Absaugen von Wasserdampf durch
die Düsenöffnungen 14 und 24 hindurch aus dem
Formhohlraum 30 und dem darin befindlichen porösen
Formling, wobei auch sich evtl. dort gebildetes
Kondensat wieder verdampft und als Wasserdampf
abgesaugt wird. Nach dem Expandieren und
Zusammenschweißen der Kunststoffpartikel tritt somit
eine merkliche Kühlung vom Inneren her des im
Formhohlraum 30 gebildeten Formlings auf.
Bei der in Fig. 4 wiedergegebenen Ausführungsform
des Verfahrens wird zugleich mit dem Evakuieren der
Dampfkammern 13 und 23 das in die Hohlräume 46
zwischen den Flächenvergrößerungselementen 45
aufgenommene kondensierte Wasser verdampft. Es erfolgt
dadurch von der Oberfläche der
Flächenvergrößerungselemente 45 her ein Kühlen der
Formwandteile 12 und 22, das gemäß der Darstellung
der Fig. 4 bis etwa zu einer ungefähren
Stabilisierungstemperatur des expandierten Kunststoffs
bei etwa 85°C führt. Diese Arbeitsweise kann bei
sehr einfachen Formen ausgeführt werden, die keine
allzu hohen Anforderungen an die Stabilisierung des
geschäumten Werkstoffes stellen. In den meisten
Anwendungsfällen, insbesondere bei Herstellung von
Gegenständen mit komplizierterer Form, wird das beim
Aufheizschritt 2) in die Aufnahmeräume 46 eindringende
und zunächst gespeicherte Kondensat nicht ausreichende
Kühlung durch Verdampfen hervorbringen können. Es wird
daher die in Fig. 5 dargestellte Verfahrensweise
einzusetzen sein, bei der zwischen dem
Dampfdruck-Abbauschritt 4) und dem Evakuieren der
Dampfkammer bzw. dem Schaumdruck-Abbauschritt 5) noch
ein zusätzlicher Kondensat-Aufgabeschritt 8) eingefügt
ist. In diesem Kondensat-Aufgabeschritt 8) wird
Wasserdampfkondensat mittels Wasserdampf auf die
Rückenfläche 42 bzw. 43 der Formwandteile 12 und 22
gespritzt oder gesprüht. Das aufzubringende Kondensat
befindet sich dabei etwa auf seiner dem in den
Dampfkammern 13 und 23 augenblicklich herrschenden
Druck entsprechenden Siedetemperatur oder 1 K bis 2 K
unterhalb dieser Siedetemperatur. Es erfolgt somit
keine Kühlung der Formwandteile 12 und 22 durch Entzug
kalorischer Wärme durch kaltes Kühlmittel, wie dies
aus dem horizontalen Verlauf der Temperaturkurve T in
diesem Bereich aus Fig. 5 ersichtlich ist.
Statt dessen wird jedoch durch das Aufbringen des
praktisch auf Siedetemperatur erhitzten Kondensats
ein vollständiges Anfüllen der zwischen den
Flächenvergrößerungselementen 45 gebildeten
Aufnahmeräume 46 und ein Befeuchten der gesamten
Oberfläche der Oberflächenvergrößerungselemente 45
mit heißem Kondensat hervorgerufen. Mit dem Evakuieren
der Dampfkammern 13 und 23, also mit Einleitung des
Schaumdruck-Abbauschrittes 5 tritt dann das Verdampfen
des Kondensats ein, was zur Kühlung der Formwandteile
12 und 22 führt, so daß diese bei Ende des
Schaumdruck-Abbauschrittes 5 eine Temperatur von etwa
78° annehmen. Durch das kombinierte Kühlen des
Formlings von innen her und von den gekühlten
Formwandteilen 12 und 22 her ist bei Ende des
Schaumdruck-Abbauschrittes 5 eine sichere
Stabilisierung des Formlings erfolgt. Im
Belüftungsschritt 6) werden sodann die Dampfkammern
13 und 23 wieder belüftet, so daß im Schritt 7) die
Form geöffnet und der Formling entnommen werden kann.
In Fig. 6 ist eine vereinfachte Ausführungsform der
Sammel- und Aufbereitunsvorrichtung und der
Kondensatfördervorrichtung bei Anwendung an einer
Werkzeughälfte 11 schematisch dargestellt. Wie im
Beispiel der Fig. 1 ist die Werkzeughälfte 11 mit
einem Dampfeinlaßventil 16 und einem Vakuumventil 17
ausgestattet. Dabei ist das Dampfeinlaßventil auch
mit einer Ventilstellung für Dampfablaß bis auf
Atmosphärendruck oder Normaldruck (1013 hPa)
ausgestattet, während das Vakuumventil 17 auch mit
Einrichtungen zum Belüften der Dampfkammer 13 versehen
ist. Das in die Werkzeughälfte 11 eingesetzte
Formwandteil 12 ist an seiner Rückenfläche 42 mit
einer Schicht 44 aus Flächenvergrößerungselementen
versehen. Der Rückenfläche 42 des Formwandteils 12
ist eine Sprüh- oder Spritzvorrichtung 41
gegenübergestellt, die von einem an der Werkzeughälfte
11 angebrachten, mit Wasserdampf betriebenen
Kondensatmischkopf 50 her mit einem
Kondensat-Wasserdampf-Gemisch beschickt wird. In ihrem
unteren Teil weist die Werkzeughälfte 11 einen
Kondensat-Auffangsumpf 18 auf, der über ein
Kondensat-Absperrventil 60 und eine Kondensatleitung
mit Förderpumpe und Rückschlagventil mit einem
Kondensat-Sammelgefäß 61 verbunden ist.
Das Kondensat-Sammelgefäß 61 bildet zusammen mit den
in ihm enthaltenen und mit ihm verbundenen
Elementen eine Kondensat-Fördervorrichtung mit Sammel-
und Aufbereitungseinrichtung für das Kondensat wie
folgt:
Im Kondensat-Sammelgefäß ist ein mit Wasserdampf
beschickter Wärmetauscher 54 angebracht, der
beispielsweise in Art einer Rohrschlange ausgebildet
sein kann. Dieser Wärmetauscher 54 ist über ein
temperaturgesteuertes Dampfventil 55 an die vom
Dampferzeuger 32 kommende Dampfleitung 53
angeschlossen. Die Temperatursteuerung des
Dampfventils 55 ist in Fig. 6 nur durch einen in das
Kondensat-Sammelgefäß 61 greifenden Temperaturfühler
angedeutet. In der Praxis wird außerdem auch eine
Einrichtung zum Einstellen der gewünschten
Kondensattemperatur, beispielsweise zwischen 98°C
und 100°C, vorzusehen sein. Das sich im
Wärmetauscher bildende Kondensat wird in einem
Kondensatabscheider 56 gewonnen und über eine
Kondensat-Rückleitung in das Kondensat-Sammelgefäß
übergeführt. Der den Kondensatabscheider 56
verlassende restliche Wasserdampf wird im
dargestellten Beispiel über eine Dampfrückleitung 58
zum Dampferzeuger 32 zurückgeführt.
Von der Dampfleitung 53 kann eine Dampfzweigleitung
63 zum oberen Teil des Kondensat-Sammelgefäßes geführt
sein, so daß oberhalb des gesammelten Kondensats ein
Dampfpolster mit einem Druck von 3 bar bis 5 bar
aufrechterhalten wird, um das Kondensat über die
Kondensatleitung zu der Sprüh- oder Spritzvorrichtung
41 zu drücken. Bei alleiniger Benutzung eines solchen
Dampfpolsters zum Fördern des Kondensats muß in die
Kondensatleitung 51 ein zeitlich gesteuertes
Absperrventil 62 eingesetzt sein, das nur während des
in Fig. 5 gezeigten Zeitabschnittes 8 zum Aufbringen
von Kondensat auf die Rückenfläche 42 des Formwandteils
12 zu öffnen ist.
Das Ventil 62 ist zeitlich derart zu steuern, daß es
nur während des in Fig. 5 dargestellten Zeitraumes 8
öffnet. Zusätzlich zum Ventil 62 ist ein
Kondensatmischkopf 50 vorgesehen, um dem Kondensat
Frischdampf zuzuführen. Dabei ist in die zum
Kondensatmischkopf 50 führenden Abschnitt der
Dampfleitung 53 ein zeitgesteuertes Dampfventil 52
einzusetzen, das nur während des Zeitabschnittes 8
gemäß Fig. 5 geöffnet ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform für die
Kondensat-Fördervorrichtung mit Sammel- und
Aufbereitungsvorrichtung für das Kondensat ist in den
Fig. 7 bis 9 wiedergegeben. In dieser
Ausführungsform sind - abgesehen von Steuerventilen
und Kondensatinjektoren - die
Kondensat-Fördervorrichtung und die Sammel- und
Aufbereitungseinrichtungen für das Kondensat zentral
für eine Mehrzahl von Schäumformmaschinen auszubilden,
wie dies durch den mittels strichpunktierter Linie
abgetrennten unteren Teil der Fig. 7 zum Ausdruck
gebracht ist.
Im oberen Teil der Fig. 7, der sich auf die an der
Schäumformmaschine angebrachten Teile bezieht, sind
die beiden Werkzeughälften 11 und 21 schematisch
dargestellt. Die Werkzeughälfte 11 enthält
den Formwandteil 12 und die dahinter angeordnete
Dampfkammer 13, in welcher die auf die Rückenfläche des
Formwandteils 12 gerichtete Sprüh- oder
Spritzvorrichtung 41 angebracht ist. Entsprechend
enthält die Werkzeughälfte 21 den Formwandteil 22 und
die dahinter angeordnete Dampfkammer 23, in der
ebenfalls eine auf die Rückenfläche des Formwandteiles
22 gerichtete Sprüh- oder Spritzvorrichtung 41
angebracht ist. Die Werkzeughälfte 11 weist im unteren
Teil einen Kondensat-Auffangsumpf 18 und die
Werkzeughälfte 21 in ihrem unteren Teil einen
Kondensat-Auffangsumpf 28 auf, von beiden
Kondensat-Auffangsümpfen 18 und 28 führt eine
Kondensat-Ableitung 64 zu einem zentralen
Kondensat-Sammelgefäß 61. Jede angeschlossene
Schaumformmaschine ist mit einem eigenen Ventilblock 65
ausgestattet, der die erforderlichen Ventile
enthält, um das aufbereitete Kondensat und Wasserdampf
den Sprüh- oder Spritzvorrichtungen 41 in den
Dampfkammern 13 bzw. 23 der Werkzeughälften 11 bzw. 21
gesteuert zuzuführen. Die im Ventilblock 65 für eine
Werkzeughälfte 11 vorgesehenen Ventile sind in Fig. 9
schematisch dargestellt. Gleiche Ventile sind auch für
die Werkzeughälfte 21 im Ventilblock 45 vorhanden. Vom
Ventilblock 65 führen jeweils eine
Kondensatzuführungsleitung 66 und eine
Wasserdampf-Zuführungsleitung 67 zum Eingang jeder
Sprüh- oder Spritzvorrichtung 41, wobei an dem Einlaß
zur jeweiligen Sprüh- oder Spritzvorrichtung 41 ein
Misch- und Injektorkopf 68 für aufbereitetes Kondensat
und Wasserdampf vorgesehen ist. Ein solcher Misch- und
Injektorkopf 68 ist in Fig. 8 in mehr Einzelheiten
dargestellt. Die zentrale Kondensat-Fördervorrichtung
19 mit Sammel- und Aufbereitungseinrichtung für das
Kondensat weist einen Kondensat-Sammelbehälter 61 auf,
von welchem das gesammelte Kondensat über eine
Förderpumpe 69 und ein Kondensatfilter 70 und ein
Rückschlagventil 71 in einen Kondensaterhitzer 72
gedrückt wird. Die Förderpumpe 69 wird mittels einer am
Kondensaterhitzer 72 angebrachten Niveausonde 73
gesteuert, also eingeschaltet, sobald das Niveau im
Kondensaterhitzer unter die Anbringungshöhe der
Niveausonde 73 absinkt. Im oberen Teil des
Kondensaterhitzers 72 wird ein Luftpolster 74
aufrechterhalten, das durch Einführen von Druckluft aus
einer Druckluftquelle 75 über ein Druckluftventil 76
gebildet und evtl. von Zeit zu Zeit ergänzt und
erneuert wird. Die Druckluftquelle 75 und das
Druckluftventil 76 können mittels geeigneter
Kupplungseinrichtung zeitweilig vom Kondensaterhitzer
72 abnehmbar sein. Schließlich weist der
Kondensaterhitzer 72 an seinem oberen Teil ein
Sicherheitsventil 77 auf. Der im Luftpolster aufrecht
erhaltene Druck beträgt 2 bar bis 4 bar. Im Inneren des
Kondensaterhitzers 72 ist ein Wärmetauscher 78,
beispielsweise in Art einer Rohrschlange, angebracht,
der vom zentralen Dampferzeuger 32 her mit Wasserdampf
unter einem Druck zwischen 2 bar und 3 bar und einer
Temperatur zwischen 120°C und 133°C über ein
temperaturgesteuertes Dampfventil 55 beschickt wird.
Das Dampfventil 55 ist dazu an eine Temperatursonde 78 a
für das im Kondensaterhitzer enthaltene Kondensat
angeschlossen. An dieser Temperatursonde ist die
gewünschte Kondensattemperatur einzustellen,
beispielsweise 95°C bis 100°C. Der Ausgang des
Wärmetauschers 78 ist an einen Kondensatabscheider 56
angeschlossen, von welchem eine Kondensat-Rückleitung
57 zum Kondensat-Sammelgefäß 61 führt und eine
Dampfrückleitung 58 zum Dampferzeuger 32.
Vom Kondensaterhitzer 72 führen eine
Kondensat-Vorlaufleitung 79 und eine
Kondensat-Rücklaufleitung 80 zum Ventilblock 65. In die
Kondensat-Rücklaufleitung ist eine Umwälzpumpe 81
eingesetzt, so daß zwischen dem zentralen
Kondensaterhitzer 72 und jedem Ventilblock 65 an den
Schäumformmaschinen ein Kondensatkreislauf gebildet
ist. In diesem Kreislauf wird das Kondensat auf der
gewünschten Kondensattemperatur zwischen 95°C,
vorzugsweise bei etwa 98°C, gehalten und auf einem
Druck zwischen 2 bar und 4 bar. Von der zentralen
Einrichtung her führt ferner eine Dampfleitung 53 zum
Ventilblock 65.
In Fig. 9 ist der Ventilblock 65 schematisch in zwei
Schnitten dargestellt, und zwar im linken Teilschnitt
in einer für beide Ventilpaare gemeinsamen axialen
Ebene, während im rechten Teil der Fig. 9 ein Schnitt
in einer zur Schnittebene des linken Teiles
rechtwinklig stehenden, axialen Ebene A-B dargestellt
ist. Wie aus Fig. 9 ersichtlich, ist im Ventilblock
65 für jede Werkzeughälfte 11 und 21 je ein
Ventilepaar vorgesehen, wobei das für die
Werkzeughälfte 21 vorgesehene Ventilepaar nur als
gestrichelter Block angedeutet ist. Jedes Ventilepaar
enthält ein Kondensatventil 82 und ein Dampfventil
83 und ist mit einer für das Ventilepaar 82, 83
gemeinsamen Betätigungsvorrichtung 84 versehen.
Das Dampfventil 83 weist einen Ventilteller 83 a auf,
der in Schließstellung auf einem ringförmigen
Ventilsitz 83 b abdichtend sitzt. Der Dampfeinlaß 83 c
führt zu einer Dampfkammer 83 d, innerhalb deren der
Ventilteller 83 a im Sinne des Doppelpfeiles 84 a
mittels der Betätigungsstange 84 b zwischen
Schließstellung und vollständiger Offenstellung des
Ventilepaares 82, 83 bewegbar ist, beispielsweise bis
an die Innenseite des Ventildeckels 83 e. Von der
innerhalb des ringförmigen Ventilsitzes 83 b gebildeten
Bodenfläche der Ventilkammer 83 d führen Dampfkanäle
83 f zu Verbindungsbohrungen 83 g zu einem den
Ventilauslaß bildenden Anschlußstutzen 85, und zwar
dessen äußeren Ringkanal 85 b. An diesen
Anschlußstutzen 85 ist die in Fig. 8 gezeigte und
in Verbindung mit Fig. 8 beschriebene Koaxialleitung
86 angeschlossen.
Das Dampfventil 82 weist einen abdichtend in einer
Ventilbohrung 82 a geführten Ventilstift 82 b auf.
Dieser Ventilstift 82 b ist zentral an der
Dichtungsseite des Ventiltellers 83 a befestigt, so
daß die Betätigungsbewegung des Ventiltellers 83 a im
Sinne des Doppelpfeiles 84 a eine entsprechende axiale
Verschiebungsbewegung des Ventilstiftes 82 b
hervorruft. In einem axialen Abstand 82 c mündet ein
Auslaßkanal 82 d in die Ventilbohrung 82 a, während das
der Dampfkammer 83 d abgewandte und dem freien Ende
des Ventilstiftes 82 b zugeordnete Ende der
Ventilbohrung 82 a in den Kondensateinlaß 82 e mündet.
Der Auslaßkanal 82 d führt in den Innenkanal 85 a des
Anschlußstutzens 85 und von dort in die zentrale
Kondensat-Zuführungsleitung der Koaxialleitung 86.
Um den in Fig. 7 gezeigten Kondensatkreislauf
zwischen dem Ventilblock 65 und dem Kondensaterhitzer
72 ständig aufrechtzuerhalten, ist ein zusätzlicher
Kondensatauslaß 82 f vorgesehen und mittels Bohrungen,
vorzugsweise Drosselbohrungen 82 g, mit den beiden
Kondensateinlässen 82 e verbunden. An die
Kondensateinlässe 82 e ist die in Fig. 7 gezeigte
Kondensat-Vorlaufleitung 79 anzuschließen, während
der zusätzliche Kondensatauslaß 82 f mit der in Fig.
7 gezeigten Kondensat-Rücklaufleitung 80 zu verbinden
ist.
Die Arbeitsweise des Ventilepaares ist wie folgt:
In dem in Fig. 9 gezeigten geschlossenen Zustand sind
sowohl die Kondensatzuführungsleitung 66 als auch die
Wasserdampf-Zuführungsleitung 67 von den
entsprechenden Einlässen abgesperrt. Wird jedoch der
Ventilteller 83 a von seinem ringförmigen Ventilsitz
83 b abgehoben, so gelangt Wasserdampf in die
Dampfkanäle 83 f und von dort über die
Verbindungsbohrungen 83 g in den äußeren Ringkanal 85 b
des Anschlußstutzens 85 und von diesem in die
Wasserdampf-Zuführungsleitung 67 der Koaxialleitung 87
und von dort wiederum in den Misch- und
Injektorkopf 68 und somit in die angeschlossenen
Sprühvorrichtungen bzw. Spritzvorrichtungen 41. Der
Auslaßkanal 82 d des Kondensatventils 82 ist jedoch
noch so lange von dem Kondensateinlaß 82 e abgesperrt,
bis das freie Ende des Ventilstiftes 82 b den axialen
Abstand 82 c hinter sich gebracht und damit den Eingang
in den Auslaßkanal 82 d in der Ventilbohrung 81 a
freigelegt hat. Umgekehrt wird beim Schließen des
Ventilepaares 82, 83 zunächst der Eingang von der
Ventilbohrung 82 a zum Auslaßkanal 82 d durch den
Ventilstift 82 b abgedeckt. Erst nachdem das freie Ende
des Ventilstiftes 82 b über den axialen Abstand 82 c
bewegt worden ist, gelangt der Ventilteller 83 a auf
den ringförmigen Ventilsitz 83 b. Auf diese Weise wird
erreicht, daß vor dem Zuführen des Kondensats zu den
Sprühvorrichtungen bzw. Spritzvorrichtungen 41
ein Durchspülen des in Fig. 8 gezeigten Misch- und
Injektorkopfes 68 und der angeschlossenen Teile der
Sprühvorrichtung bzw. Spritzvorrichtung 41 mit
Wasserdampf erfolgt. Nach Absperren der
Kondensat-Zufuhr erfolgt noch ein Nachspülen des
Misch- und Injektorkopfes 68 und der angeschlossenen
Teile der Sprühvorrichtung bzw. Spritzvorrichtung mit
Wasserdampf. Die Zeitdauer des Vorspülens und
Nachspülens mit Wasserdampf wird bei festgelegter
Größe des axialen Abstandes 82 c durch die
Betätigungsgeschwindigkeit des Ventilepaares bestimmt
und lassen sich dementsprechend in der
Betätigungsvorrichtung 84 einrichten oder einstellen.
Die Benutzung zweier getrennter Ventilepaare 82, 83
und getrennter Betätigungsvorrichtungen 84 für die
beiden Werkzeughälften hat ihre Bedeutung darin, daß
die Zuführung von Kondensat auf die Rückenfläche der
in den unterschiedlichen Werkzeughälften angebrachten
Formwandteile unterschiedlich ist. Dies wird vielfach
durch die unterschiedliche Formgebung und durch die
Tatsache notwendig, daß vielfach zum Bedampfen des
zu verarbeitenden Werkstoffs in dem Formhohlraum der
Wasserdampf von der Dampfkammer der einen
Werkzeughälfte zugeführt, durch den im Formhohlraum
enthaltenen Werkstoff hindurchgedrückt und von der
Dampfkammer der anderen Werkzeughälfte aufgenommen
wird. Es ergibt sich auch durch den Betrieb der
Schäumformvorrichtung das Erfordernis,
unterschiedliche Zuführungsdauer für das Kondensat
auf die Rückenfläche der in den unterschiedlichen
Formhälften vorgesehenen Formwandteile einzurichten.
Beispielsweise kann für die als Haubenteil vorgesehene
Werkzeughälfte 11 eine Kondensatzuführung von 3 sec
und für die als Kernteil vorgesehene Werkzeughälfte
21 eine Kondensatzuführungsdauer von 1 sec vorgesehen
werden. Unterschiedliche Zuführungsdauer und zeitlich
versetzte Zuführung des Kondensats lassen sich durch
entsprechende Zeitsteuerung der beiden
Betätigungsvorrichtungen 84 für jeden Anwendungsfall
optimal einstellen.
Wie Fig. 8 zeigt, sind die vom Ventilblock zum Misch-
und Injektorkopf 68 führende
Kondensat-Zuführungsleitung 66 und
Wasserdampf-Zuführungsleitung 67 als flexible
Koaxialleitung 86 mit äußerer Wärmedämmungsschicht 87
ausgebildet. In der Koaxialleitung ist mittig die
Kondensatleitung 66 angeordnet und von der
Wasserdampfleitung 67 umgeben. Auf diese Weise wird
Wärmeverlust im Kondensat zwischen dem Ventilblock 65
und dem Misch- und Injektorkopf 68 verhindert. Der
Misch- und Injektorkopf 68 ist im dargestellten
Beispiel steckerartig ausgebildet und auf einen an der
Rückwand 88 der Dampfkammer 13 angebrachten
Einführungsstutzen 89 aufgesetzt. Von dem Stutzen 89
führt ein Verbindungsstück 90 in das Innere der
Dampfkammer 13. Auf dieses Verbindungsstück 90 sind nach
oben und seitlich gerichtete Rohre, vorzugsweise
Kupferrohre 91, gesetzt, die mit gegen die Rückenfläche
42 bzw. die auf ihr angebrachte Schicht 44 gerichtete
Schlitze 92 als Sprüh- oder Spritzdüsen aufweisen.
Der steckerartig ausgebildete Misch- und Injektorkopf
68 enthält als Abschluß der Kondensat-Zuführungsleitung
66 einen mit radial gerichteten Auslaßkanälen 93
versehenen Verteilerkopf 94, der in seinem Inneren
ein federbelastetes Rückschlagventil 95 enthält. Bei
geöffnetem Rückschlagventil 95 wird das Kondensat
durch die Auslaßkanäle 93 in den ringförmigen
Strömungsraum des Dampfes gedrückt. Das Gemisch von
Kondensat und Wasserdampf tritt dann durch den Stutzen
89 in die Rohre 91 und von dort durch die Schlitze 92
in feiner Form auf die Rückenfläche 42 des
Formwandteils 12 bzw. auf die dort angebrachte Schicht
44. Sobald der Druck im Kondensat aufhört, schließt
sich das Rückschlagventil 95, so daß kein Dampf
rückwärts in die Kondensatleitung gedrückt werden kann,
sondern die Kondensatleitung 66 stets in mit Kondensat
gefülltem Zustand gehalten wird.
In Fig. 10 ist eine abgewandelte Ausführungsform
wiedergegeben, in der ein Ventil- und Injektorkopf 96
in die Rückwand 88 der Dampfkammer 13 eingesetzt ist.
Ein Dampfeinführungsrohr 97 erstreckt sich axial durch
den Ventil- und Injektorkopf 96 und weist den
angeschlossenen Spritz- oder Sprührohren 91
gegenübergestellte Injektordüsen 98 auf. Das
Dampfeinführungsrohr 97 ist an eine
Wasserdampf-Zuführungsleitung 67 angeschlossen, in
welcher ein zeitgesteuertes Dampfventil 52 angeordnet
ist. Auf den Ventil- und Injektorkopf 96 ist ein
Kondensateinlaßventil 99 aufgesetzt, das einen
seitlichen Anschluß 100 für die
Kondensat-Vorlaufleitung 79 und einen axialen Anschluß
101 für die Kondensat-Rücklaufleitung 80 aufweist. Über
eine innere axiale Bohrung 102 steht das
Kondensat-Einlaßventil 99 mit dem das
Dampfeinführungsrohr 97 umgebenden Ringraum 103 des
Ventil- und Injektorkopfes 96 in Verbindung. Das
Kondensat-Einlaßventil 99 enhält einen hülsenförmigen,
an der Vorderseite kegelförmigen Ventilkörper 104, der
mittels Feder 105 auf die Bohrung 102 gedrückt ist. Der
Ventilkörper weist in seinem Umfang Drosselbohrungen
106 auf, die bei geschlossenem Ventil vom seitlichen
Anschluß 100 durch das Innere des Ventilkörpers 104 zum
axialen Anschluß 101 führen. In die
Kondensat-Rücklaufleitung 80 ist ein Steuerventil 107
eingesetzt, das in Normalstellung mit der Fortsetzung
der Kondensatrücklaufleitung 80 verbunden ist, also
einen Kondensatkreislauf von der
Kondensatvorlaufleitung 79 über das Einlaßventil 99 zum
Kondensatrücklauf 80 schließt. Zum Aufspritzen oder
Aufsprühen von Kondensat-Wasserdampf-Gemisch auf die
Rückenfläche 42 des Formwandteiles 12 bzw. eine auf
dieser Rückenfläche 42 aufgebrachte Schicht 44 wird das
Steuerventil 107 in eine Stellung gebracht, in der die
Rücklaufleitung mit einer zum Kondensat-Sammelbehälter
61 (vergl. Fig. 7) führenden, druckentlasteten
Kondensatableitung 108 verbunden wird. Der dadurch am
seitlichen Anschluß 100 im Kondensat entstehende
Überdruck bezüglich des Kondensats am Anschluß 101 hat
zur Folge, daß der Ventilkörper 104 entgegen der Kraft
der Feder 105 von der Bohrung 102 abgehoben wird. Es
tritt dadurch das Kondensat unter dem in ihm
herrschenden Druck in den Ringraum 103 über.
Gleichzeitig ist auch das Dampfventil 52 zu öffnen, so
daß das Gemisch von Kondensat und Wasserdampf in die
geschlitzen Rohre 91 übergeführt und aus den
Schlitzdüsen verspritzt oder versprüht wird. Bei
Umstellen des Steuerventils 107 in die in Fig. 10
gezeigte Normalstellung wird am axialen Anschluß 101
wieder der im Kondensatkreislauf herrschende Druck
aufgebaut, der Ventilkörper 104 schließt sich wieder
unter der Wirkung der Feder 105. Es ist dann auch
wieder das Dampfventil 52 zu schließen. Wie im Beispiel
der Fig. 7 bis 9 kann auch in der Ausführung nach
Fig. 10 die Wasserdampfzufuhr zeitlich vor dem
Einlassen des Kondensats beginnen und erst zeitlich
nach dem Schließen des Kondensat-Einlaßventils 99
abgestellt werden, so daß vor und nach dem Versprühen
des Kondensats die Sprüh- oder Spritzvorrichtung mit
Wasserdampf durchspült wird.
Bezugszeichenliste
10 Formwerkzeug
11 Werkzeughälfte
12 Formwand
13 Dampfkammer
14 Öffnungen
15 Anschluß
16 Dampfeinlaßventil
17 Vakuumventil
18 Kondensat-Auffangsumpf
19 Kondensat-Fördervorrichtung
21 Werkzeughälfte
22 Formwand
23 Dampfkammer
24 Öffnungen
25 Anschluß
26 Dampfeinlaßventil
27 Vakuumventil
28 Kondensat-Auffangsumpf
29 Kondensat-Fördervorrichtung
30 Formhohlraum
31 Injektor
32 Dampferzeuger
33 Vakuumpumpe
40 Sammel- und Aufbereitungseinrichtung
41 Sprühvorrichtung/Spritzvorrichtung
42 Rückenfläche
43 Rückenfläche
44 Schicht
45 Flächenvergrößerungselement
46 Aufnahmeraum
47 Durchlässe
50 Kondensatmischkopf
51 Kondensatleitung
52 Dampfventil
53 Dampfventil
54 Wärmetauscher
55 Temperaturgesteuertes Dampfventil
56 Kondensatabscheider
57 Kondensat-Rückleitung
58 Dampfrückleitung
59 Strahldüse
60 Kondensat-Absperrventil
61 Kondensat-Sammelgefäß
62 Absperrventil
63 Dampfzweigleitung
64 Kondensatableitung
65 Ventilblock
66 Kondensat-Zuführungsleitung
67 Wasserdampf-Zuführungsleitung
68 Misch- und Injektorkopf
69 Förderpumpe
70 Kondensatfilter
71 Rückschlagventil
72 Kondensaterhitzer
73 Niveausonde
74 Luftpolster
75 Druckluftquelle
76 Druckluftventil
77 Sicherheitsventil
78 Wärmetauscher
78 a Temperatursonde
79 Kondensat-Vorlaufleitung
80 Kondensat-Rücklaufleitung
81 Umwälzpumpe
82 Kondensatventil
82 a Ventilbohrung
82 b Ventilstift
82 c axialer Abstand
82 d Auslaßkanal
82 e Kondensateinlaß
82 f zusätzlicher Kondensatauslaß
82 g Drosselbohrung
83 Dampfventil
83 a Ventilteller
83 b Ventilkammer
83 c Dampfeinlaß
83 d Ventilkammer
83 e Ventildeckel
83 f Dampfkanäle
83 g Verbindungsbohrung
84 Betätigungsvorrichtung
84 a Doppelpfeil
84 b Betätigungsstange
85 Anschlußstutzen
85 a Innenkanal
85 b Ringkanal
86 Koaxialleitung
87 Wärmedämmungsschicht
88 Rückwand
89 Stutzen
90 Verbindungsstück
91 Kupferrohr
92 Schlitz (Sprüh- oder Spritzdüse)
93 Auslaßkanäle
94 Verteilerkopf
95 Rückschlagventil
96 Ventil- und Injektorkopf
97 Dampfeinführungsrohr
98 Injektordüse
99 Kondensat-Einlaßventil
100 seitlicher Anschluß
101 axialer Anschluß
102 Bohrung
103 Ringraum
104 Ventilkörper
105 Feder
106 Drosselbohrung
107 Steuerventil
108 Kondensat-Ableitung
11 Werkzeughälfte
12 Formwand
13 Dampfkammer
14 Öffnungen
15 Anschluß
16 Dampfeinlaßventil
17 Vakuumventil
18 Kondensat-Auffangsumpf
19 Kondensat-Fördervorrichtung
21 Werkzeughälfte
22 Formwand
23 Dampfkammer
24 Öffnungen
25 Anschluß
26 Dampfeinlaßventil
27 Vakuumventil
28 Kondensat-Auffangsumpf
29 Kondensat-Fördervorrichtung
30 Formhohlraum
31 Injektor
32 Dampferzeuger
33 Vakuumpumpe
40 Sammel- und Aufbereitungseinrichtung
41 Sprühvorrichtung/Spritzvorrichtung
42 Rückenfläche
43 Rückenfläche
44 Schicht
45 Flächenvergrößerungselement
46 Aufnahmeraum
47 Durchlässe
50 Kondensatmischkopf
51 Kondensatleitung
52 Dampfventil
53 Dampfventil
54 Wärmetauscher
55 Temperaturgesteuertes Dampfventil
56 Kondensatabscheider
57 Kondensat-Rückleitung
58 Dampfrückleitung
59 Strahldüse
60 Kondensat-Absperrventil
61 Kondensat-Sammelgefäß
62 Absperrventil
63 Dampfzweigleitung
64 Kondensatableitung
65 Ventilblock
66 Kondensat-Zuführungsleitung
67 Wasserdampf-Zuführungsleitung
68 Misch- und Injektorkopf
69 Förderpumpe
70 Kondensatfilter
71 Rückschlagventil
72 Kondensaterhitzer
73 Niveausonde
74 Luftpolster
75 Druckluftquelle
76 Druckluftventil
77 Sicherheitsventil
78 Wärmetauscher
78 a Temperatursonde
79 Kondensat-Vorlaufleitung
80 Kondensat-Rücklaufleitung
81 Umwälzpumpe
82 Kondensatventil
82 a Ventilbohrung
82 b Ventilstift
82 c axialer Abstand
82 d Auslaßkanal
82 e Kondensateinlaß
82 f zusätzlicher Kondensatauslaß
82 g Drosselbohrung
83 Dampfventil
83 a Ventilteller
83 b Ventilkammer
83 c Dampfeinlaß
83 d Ventilkammer
83 e Ventildeckel
83 f Dampfkanäle
83 g Verbindungsbohrung
84 Betätigungsvorrichtung
84 a Doppelpfeil
84 b Betätigungsstange
85 Anschlußstutzen
85 a Innenkanal
85 b Ringkanal
86 Koaxialleitung
87 Wärmedämmungsschicht
88 Rückwand
89 Stutzen
90 Verbindungsstück
91 Kupferrohr
92 Schlitz (Sprüh- oder Spritzdüse)
93 Auslaßkanäle
94 Verteilerkopf
95 Rückschlagventil
96 Ventil- und Injektorkopf
97 Dampfeinführungsrohr
98 Injektordüse
99 Kondensat-Einlaßventil
100 seitlicher Anschluß
101 axialer Anschluß
102 Bohrung
103 Ringraum
104 Ventilkörper
105 Feder
106 Drosselbohrung
107 Steuerventil
108 Kondensat-Ableitung
Claims (32)
1. Verfahren zum Herstellen von Formlingen aus
expandierbaren Kunststoffpartikeln, insbesondere
vorgeschäumten Polystyrolpartikeln, bei dem die
Kunststoffpartikel im Formhohlraum eines zwei-
oder mehrteiligen Formwerkzeugs unter der Ein
wirkung von Wärme aufgebläht und gegen die
eigentlichen Formwandteile geformt werden, die
dazu mittels in an ihrer Außenseite angeordnete
Dampfkammern eingeführten heißen Wasserdampfes
beheizt werden, wobei die geblähten Kunststoff
partikel durch in den Formhohlraum eingeführten
Wasserdampf miteinander verschweißt werden und die
so gebildeten Formlinge im Formwerkzeug durch
mittels Flüssigkeitsaufgabe und Evakuieren der
Dampfkammern erfolgendes Kühlen der eigentlichen
Formwandteile stabilisiert und anschließend
entformt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Kühlen der eigentlichen Formwandteile durch
Verdampfen von aus Wasserdampf gebildetem bzw.
im Verfahren angefallenem Kondensat unter
Evakuieren der Dampfkammern vorgenommen wird und
daß das zu verdampfende Kondensat hierzu vor
und/oder bei dem Kühlen, zumindest bei dessen
Beginn, auf die der jeweiligen Dampfkammer
zugewandten Rückenfläche der eigentlichen
Formwandteile innerhalb der Dampfkammer mit
einer Temperatur aufgebracht wird, die gleich
oder nur wenige Kelvin, maximal 10 K, unterhalb
der Siedetemperatur des Kondensats ist, und
zwar derjenigen Siedetemperatur, wie sie
dem im Zeitpunkt des Aufbringens des Kondensats
auf die Formwand-Rückenfläche in der Dampfkammer
herrschenden Druck entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Temperatur, mit der das
Kondensat auf die Formwand-Rückenfläche
aufgebracht wird, 1 K bis 2 K unterhalb der durch
den Druck in der Dampfkammer bestimmten
Siedetemperatur des Kondensats liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem sich bei
Druckentspannung in der Dampfkammer an der
Rückenfläche der Formwandteile niedergeschlagenen
und dort aufgefangenen Kondensat noch in seiner
Temperatur auf oder wenige Kelvin unter
Siedetemperatur eingestelltes Kondensat auf die
Rückenfläche der Formwandteile gespritzt oder
gesprüht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Aufbringen des
Kondensats auf die der Dampfkammer zugewandten
Rückenfläche der Formwandteile bei
fortschreitendem Kühlvorgang das Kondensat stets
mit solcher Temperatur auf die Rückenfläche der
Formwandteile gesprüht und/oder gespritzt wird,
die oberhalb derjenigen Temperatur liegt, wie sie
beim Entformen am Formwerkzeug herrscht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der
für das Verdampfen zur Kühlung der Formwandteile
eingesetzten Kondensatmenge durch Auffangen und
Zurückhalten des sich während der dem Kühlen
vorangehenden Verfahrensschritte desselben
Verfahrenszyklus niederschlagenden Kondensats an
der der Dampfkammer zugewandten Rückenfläche des
jeweiligen Formwandteiles selbst gewonnen und
direkt von dort zur Kühlung wieder verdampft
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das in den
Dampfkammern anfallende, von der Rückenfläche des
jeweiligen Formwandteiles freie Kondensat
aufgefangen und zumindest zum Teil als zum
Verdampfen vorgesehene Kondensatmenge oder zum
Ergänzen der zum Verdampfen vorgesehenen
Kondensatmenge auf die der Dampfkammer zugewandten
Rückenfläche des jeweiligen Formwandteiles
gesprüht und/oder gespritzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das in den
Dampfkammern anfallende, von der Rückenfläche des
jeweiligen Formwandteiles freie Kondensat aus der
jeweiligen Dampfkammer abgezogen, gesammelt und
zum Einleiten des Kühlens der eigentlichen
Formwandteile zunächst auf eine wenige Kelvin
unterhalb derjenigen Siedetemperatur liegende
Temperatur eingestellt wird, wie sie dem
beim Aufbringen des Kondensats auf die
Rückenfläche des Formwandteiles in der jeweiligen
Dampfkammer herrschenden Druck entspricht, und
daß das so in seiner Temperatur eingestellte
Kondensat mittels gasförmigem Mediums,
vorzugsweise Wasserdampf, innerhalb der
Dampfkammer auf die Rückseite der zu kühlenden
Formwandteile gesprüht und/oder gespritzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das gesammelte Kondensat
mittels aus Wasserdampf erzeugtem Frischkondensat
ergänzt und/oder aufbereitet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel-
Zuführungsleitungen zu den Dampfkammern ständig
mit Kondensat gefüllt gehalten werden, das außer
den Kühlzeiten durch Umlauf durch einen
Wärmetauscher ständig auf einer nur wenige Kelvin
unterhalb der Siedetemperatur liegenden
Temperatur und auf für das Versprühen oder
Verspritzen geeignetem Druck gehalten wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Herstellung von
Formlingen aus expandiertem Polystyrol die
eigentlichen Formwandteile auf eine Temperatur
zwischen etwa 70°C und 80°C abgekühlt werden
und bei Beginn des Kühlvorganges das Kondensat
mit Temperatur bei 98°C bis 100°C auf die der
Dampfkammer zugewandten Rückenfläche der
Formwandteile gesprüht und/oder gespritzt wird,
während der Absolutdruck in der Dampfkammer im
Bereich von 1 bar beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß das zum Kühlen auf die
Rückenfläche der Formwandteile zu sprühende oder
zu spritzende Kondensat mit einem Druck bei 2,5
bis 3 bar in die Dampfkammer gesprüht oder
gespritzt und dabei in der Dampfkammer während des
Kühlens - ausgehend von Atmosphärendruck - durch
Evakuieren Druckminderung auf etwa 200 mbar bis
300 mbar Absolutdruck erzeugt wird.
12. Vorrichtung zum Herstellen von Formlingen aus
expandierbaren Kunststoffpartikeln, insbesondere
vorgeschäumten Polystyrolpartikeln, im Verfahren
nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einem zwei-
oder mehrteiligen Formwerkzeug, dessen Formhohl
raum durch eigentliche Formwandteile begrenzt ist,
an deren Rückseite Dampfkammern zum Beheizen der
Formwand mittels Wasserdampf und an denen
Einrichtungen zum Zuführen von Dampf in den
Formhohlraum vorgesehen sind, wobei in den
Dampfkammern Einrichtungen zum gesteuerten
Einsprühen oder Einspritzen von Kühlflüssigkeit
angebracht sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
Formwandteile (12, 22) an ihrer der jeweiligen
Dampfkammer (13, 23) zugewandten Rückenfläche mit
zum Halten und Abdampfen von Kondensat
ausgebildeter Oberfläche (42, 43) ausgebildet sind
und die Einrichtungen zum Einsprühen oder
Einspritzen von Kühlflüssigkeit auf die
Rückenfläche der Formwandteile (12, 22) gerichtete
Sprühvorrichtungen (41) oder Spritzvorrichtungen
aufweisen, die über eine für die Erzeugung
ausreichenden Sprüh- oder Spritzdruckes
ausgebildete
Kondensat-Fördervorrichtung (19, 29) an Sammel-
und Aufbereitungseinrichtungen (40) für das
Kondensat angeschlossen sind, während die
Dampfkammern (13, 23) mit Einrichtungen zum
Abführen des in ihnen anfallenden, von der
Rückenfläche der Formwandteile (12, 22) freien
Kondensats für dessen Einsatz als Kühlmittel
an diese Sammel- und Aufbereitungseinrichtungen
(40) angeschlossen sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens eine der
Dampfkammern (13, 23) an ihrem unteren Teil einen
Kondensat-Auffangsumpf (18, 28) als
Sammeleinrichtung aufweist und im Inneren
mindestens einer der Dampfkammern (13, 23) eine im
wesentlichen auf die Rückenfläche des jeweiligen
Formwandteiles (12, 22) gerichtete
Sprühvorrichtung (41) und/oder Spritzvorrichtung
vorgesehen ist, wobei diese Sprühvorrichtung (41)
oder Spritzvorrichtung über eine für die Erzeugung
ausreichenden Sprüh- oder Spritzdruckes
ausgebildete Kondensat-Fördervor
richtung (19, 29) an den Kondensat-Auffangsumpf
(18, 28) angeschlossen ist und Einrichtungen
zum Aufbereiten des Kondensats, insbesondere
dessen Temperatureinstellung, in den
Kondensat-Auffangsumpf (18, 20) und/oder in die
Kondensat-Fördervorrichtung (19, 27) einbezogen
sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Bildung der Kondensat-
Fördervorrichtung (19, 29) ein im unteren Teil
mindestens einer Dampfkammer (13, 23) gebildeter
Kondensat-Auffangsumpf (18, 28) eine durch Ventil
(60) von der Dampfkammer (13, 23) abtrennbare
Kammer (61) aufweist, an die eine zur
Sprühvorrichtung (41) oder Spritzvorrichtung
führende Kondensatleitung (55) angeschlossen und
in der das Kondensat mittels Wasserdampf auf der
gewünschten Temperatur gehalten und mit für das
Fördern und Versprühen oder Verspritzen
ausreichendem Druck beaufschlagt wird.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß ein über Kondensat-Abführ
leitungen (64) an die Dampfkammern (13, 23) einer
oder mehrerer Formmaschinen angeschlossener
Kondensat-Sammelbehälter (61) vorgesehen ist, von
welchem das Kondensat mittels der Kondensat-
Fördervorrichtung (19) über einen
Kondensaterhitzer (72) in zu den
Sprühvorrichtungen (41) oder Spritzvorrichtungen
der Dampfkammern (13, 23) führenden
Kondensatzuleitungen (79, 66) übergeführt wird.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kondensaterhitzer (72)
einen mit Wasserdampf betriebenen
Wärmetauscher (78) enthält.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (78) einen
mit Wasserdampf betriebenen
Wärmespenderteil (Rohrschlange) aufweist, an den
eine Auffangvorrichtung (56) für das im
Wärmespenderteil anfallende Kondensat
angeschlossen ist, wobei diese
Kondensat-Auffangvorrichtung (56) an den
Kondensat-Sammelbehälter (61) angeschlossen ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Kondensat-Zuleitungen (79, 66) zusammen mit
Kondensat-Rückleitungen (80) als über den
Kondensaterwärmer führendes, eine Förderpumpe (81)
enthaltendes Kreislaufsystem ausgebildet sind, das
mittels den Sprühvorrichtungen (41) oder
Spritzvorrichtungen zugeordneter Steuerventile
(65, 82, 83; 99, 107) gesteuert entweder auf
Kreislaufbetrieb oder auf Kondensatzuführung zu
den Sprühvorrichtungen (41) oder
Spritzvorrichtungen umschaltbar ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuerventile (82, 83)
jeweils durch ein zusammenwirkendes Ventilepaar
gebildet sind, nämlich ein die
Kondensatzuführungsleitung (79) zu den Spritz-
oder Sprühdüsen (41) zeitweilig an den
Kondensatkreislauf (79, 80) anschließendes
Kondensatventil (82) und ein die
Wasserdampfzuführung zu den Spritz- oder
Sprühdüsen (41) zeitweilig öffnendes Dampfventil
(83).
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ventilepaar (82, 83)
derart gesteuert ist, daß das Dampfventil (83)
kurzzeitig vor dem Kondensatventil (81) in
Öffnungsstellung zum Anschließen der
Kondensatzuführungsleitung (66) an den
Kondensatkreislauf (79, 80) gebracht wird.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch
gekennzeichnet, daß die vom Ventilepaar (82, 83)
abgeführte Kondensatzuführungsleitung (66) und
Dampfleitung (67) zu einer
Wärmetauschereinrichtung, beispielsweise in Art
einer Koaxialleitung (86), vereint sind, in der
die Dampfleitung (67) zugleich ein Heizelement für
die Kondensatleitung (66) bildet.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensat-
Fördervorrichtung (19, 29) zumindest einen
Flüssigkeitsinjektor (50) enthält.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch
gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsinjektor (50)
eine mit Wasserdampf beschickte Betätigungsdüse
(59) enthält.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, daß in die
Kondensatleitung zwischen dem
Kondensatventil und den Sprüh- oder Spritzdüsen
(41) an jeder Dampfkammer (13, 23) mindestens
ein Flüssigkeitsinjektor (50, 68, 96) vorgesehen
ist, an den sich in die Dampfkammer (13, 23)
erstreckende, mit Sprüh- oder Spritzdüsen (92)
besetzte Kondensat-Verteilerleitungen (91)
anschließen.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensat-
Fördervorrichtung (19, 29) einen Druckerzeuger
in Art einer Zylinder-Kolben-Anordnung (56)
enthält.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensat-
Fördervorrichtung (19, 29) einen Druckerzeuger
in Art einer rotierenden Umwälzpumpe (62, 81)
enthält.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 26,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühvorrichtung
(41) oder Spritzvorrichtung sich im Inneren
entlang der und in Abstand von der Rückenfläche
(42, 43) der Formwandteile (12, 22) erstreckende
Kühlrohre (91) aufweist, die über ihre Länge in
Abständen angeordnete, gegen die Rückfläche der
Formwandteile (12, 22) gerichtete Sprüh- oder
Spritzdüsen (92) aufweisen.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sprüh- oder Spritzdüsen
(92) durch in der Wandung der Kühlrohre (91)
angebrachte Schlitze gebildet sind.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 28,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der
Formwandteile (12, 22) an seiner der Dampfkammer
(13, 23) zugewandten Rückenfläche (42, 43)
mindestens eine Lage von wärmeleitenden, im
wesentlichen kugelförmigen Flächenvergrößerungs
elementen (45) in wärmeleitender Verbindung mit
der eigentlichen Formwand und in flächenmäßig
dichter Anordnung aufweist.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Flächenvergrößerungselemente (45) sämtlich im
wesentlichen gleich große Abmessungen aufweisen.
31. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch
gekennzeichnet, daß die Formwandteile (12, 22)
auf ihrer der Dampfkammer (13, 23) zugewandten
Rückenfläche (42, 43) eine Lage (44) von
Flächenvergrößerungselementen (45) aufweisen, die
im wesentlichen die Form von Kugeln mit
Durchmessern von 2 mm bis 3 mm aufweisen.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 31,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Flächenvergrößerungselemente (45) einstückig dem
eigentlichen Formwandteil angeformt,
vorzugsweise angegossen sind.
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
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DE3836875A DE3836875A1 (de) | 1988-04-07 | 1988-10-29 | Verfahren und vorrichtung zum herstellen von formlingen aus expandierbaren kunststoffpartikeln |
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DE3836875A1 true DE3836875A1 (de) | 1989-10-26 |
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