TW201829147A - 用於製造粒子泡沫元件的裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種用於製造一粒子泡沫元件的裝置，所述裝置包括： 一模製工具，限定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的一輻射源，其中用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及 其中該模製工具是由至少兩個模製半部所形成的，其中該等模製半部中的至少一者是由一導電材料製作的且形成該等電容器極板中的一者。

Description

用於製造粒子泡沫元件的裝置
本發明關於用於製造粒子泡沫元件的裝置。
WO 2013/05081 A1揭露了用於製造粒子泡沫元件的方法，其中藉由電磁波來加熱泡沫粒子及介質傳導流體的混合物以將泡沫粒子熔融成粒子泡沫元件。無線電波及微波被用作電磁波。粒子泡沫元件的材料是由聚丙烯（PP）所形成的。
US 3,060,513揭露了用於燒結濕的熱塑泡沫粒子的方法。粒子被介電地加熱且同時壓縮在模具中。施加約2到1000 MHz的頻率下的電磁波。
類似的方法被描述在US 3,242,238中，其中泡沫粒子被水溶液濡濕且暴露於具有約5到100 MHz的頻率的電磁場。
用於熔結可膨脹的聚苯乙烯泡沫粒子的方法被描述在GB 1,403,326中，其中粒子被水溶液濡濕且暴露於5到2000 MHz的電磁場。
WO 01/64414 A1揭露了另一方法，其中由聚烯製作的聚合物粒子被液態媒質濡濕且藉由電磁波（具體而言是微波）來加熱。於本文，模製工具中的溫度是藉由控制內部壓力來設定的。
依據如上所述的方法藉由電磁波來分別加熱濕的泡沫粒子，其中電磁能被流體吸收且傳輸到粒子。
US 5,128,073揭露了塗有能夠吸收高頻能量的材料的熱塑粒子。可藉由電磁波來加熱這些粒子，其中塗料放出電磁能且將該電磁能釋放到泡沫粒子。為了熔結泡沫粒子，使用了在40 MHz到2450 MHz的範圍中的電磁波。
已經知道這些方法數十年了。然而，它們實際上還未成功。這是由於不同的理由。在實驗室的試樣上，這些方法作用得非常好。然而，至今還未成功變換到工業生產。其主要理由是，不能均勻地將熱引入到泡沫粒子中，使得未獲得均勻熔結粒子泡沫元件的行為。
實際上，因此幾乎是僅藉由飽和乾蒸氣來熔結泡沫粒子，例如如從WO 2014/128214 A1所得知的情況一樣。藉由電磁波進行的熔結比不上以蒸氣進行的熔結，然而以電磁波進行的熔結在原理上會具有可觀的優點。在使用電磁波的情況下，實質上可以更針對的方式傳輸能量，使得不一定會加熱到輔助體。為了使用蒸氣，需要由蒸氣產生器產生蒸氣。接著，必須透過管道來向工具供應蒸氣。需要將所有這些部件加熱到足夠高的溫度，使得蒸氣將不凝結在其中。此方法造成顯著的熱損耗。並且，用於產生蒸氣及用於引導蒸氣的設備需要用於製造粒子泡沫元件的裝置的大部分安裝空間。若不存在著用於熔結泡沫粒子的蒸氣的需要，則可將整個裝置形成得明顯地更為緊密。
因此，本發明背後的問題是提供用於製造粒子泡沫元件的裝置，該裝置允許高效及可靠地熔結可膨脹的熱塑泡沫粒子。
該問題被獨立項的標的解決了。有利的實施例被指示於各別的附屬項中。
依據本發明的第一態樣，用於製造一粒子泡沫元件的裝置包括：
- 一模製工具，界定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的一輻射源，用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及
該模製工具是由至少兩個模製半部所形成的，其中該兩個模製半部中的至少一者是由一導電材料形成的且形成該等電容器極板中的一者。
由於模製工具的模製半部中的一者是由導電材料所形成的且形成電容器極板中的一者，所述電容器極板與模製空間直接相鄰。因此，損耗被保持在是低的，且熔結泡沫粒子所需的電力是少的。
較佳地，導電材料是金屬，特別是鋁、銅或相對應的合金。模製半部具有相對應於模製空間的外形。此類導電模製半部可在其外形上與常規的電容器極板不同。常規的電容器極板具有平坦的形狀。
亦可能的是，兩個模製半部是由一導電材料形成的，該等模製半部中的各者形成該等電容器極板中的一者，其中至少在該兩個模製半部彼此接觸的區域中施用了用於將該兩個模製半部電絕緣的一絕緣層。
較佳地，該至少一個導電模製半部被提供為在其限定該模製空間的側具有一層塑膠材料。較佳地，該塑膠材料層具有1 cm的最大厚度。
較佳地，該塑膠材料層是由不透明於電磁輻射的材料所形成的。較佳地，該材料被選擇為使其具有與要熔結的泡沫粒子的損耗因數類似的損耗因數。藉此，獲得了在整個模製空間中進行均勻加熱的行為，因為泡沫粒子及界定泡沫粒子的塑膠材料層由於電磁輻射而被均勻地加熱。
負載注入器可耦接到該至少一個導電模製半部。此類負載注入器原則上是由導電材料所形成的。較佳地，連接到負載注入器的導電模製半部接著電連接到接地以及負載注入器。
依據本發明的進一步態樣，一種用於製造一粒子泡沫元件的裝置包括：
- 一模製工具，界定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的該輻射源，用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及
- 其中該模製工具是由至少兩個模製半部所形成的，其中該等模製半部中的一者具有用於引入該等泡沫粒子的一通路開口及/或用於允許空氣散逸的一通路開口，該通路開口在該模製工具的一關閉狀態下被另一模製半部覆蓋。
由於由各別的另一模製半部覆蓋通路開口，不一定要提供具有關閉機構的通路開口，因為所述通路開口是被另一模製半部覆蓋的且因此在模製工具處於關閉狀態下時關閉。負載注入器可連接到所述通路，該負載注入器與常規的負載注入器的不同之處在於，該負載注入器不具有用於關閉引導到模製空間中的開口的關閉機構。因此，相較於用於製造粒子泡沫構件的常規裝置，可將負載注入器形成得實質上是較簡單的。
通路開口或多個通路開口分別較佳地是佈置在一區段處的模製半部處，該區段在模製工具處於關閉狀態下時被另一模製半部覆蓋，且該區段在模製工具部分地開啟時受暴，模製工具的兩個模製半部在處於此部分開啟狀態時仍是接合的且形成不具有通向外界的開口（除了具有通路或多個通路以外）的放大模製空間。在模製工具的此部分開啟狀態下，可將模製空間填以泡沫粒子，該等泡沫粒子由於模製空間的封閉的幾何形狀而不能散逸。模製工具的此部分開啟狀態形成了所謂的裂隙，這就是為何此狀態亦可被定義為模製工具的裂隙位置的原因。
依據本發明的進一步態樣，一種用於製造一粒子泡沫元件的裝置包括：
- 一模製工具，界定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的一輻射源，用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及
- 該模製工具是由至少兩個模製半部所形成的，
其中該等模製半部中的至少一者是由一非導電材料形成的且具有用於允許空氣散逸的一脫氣口，其中該脫氣口藉由一脫氣插件而與該模製空間同平面，該脫氣插件是由一非導電材料形成的或被佈置為與該等電容器極板平行。
脫氣插件可為具有小孔的板狀構件，空氣可穿過該等小孔然而泡沫粒子不能。原則上，泡沫粒子在被饋送到模製工具中時具有3到5 mm的直徑。因此，脫氣插件的孔被形成為具有不大於2 mm且較佳地是不大於1 mm的直徑。脫氣插件可由塑膠材料所形成。此類脫氣插件可分別被佈置在模製工具或模製半部的任何處。然而，脫氣插件亦可由金屬所形成。對於金屬的脫氣插件而言，將它們用在將它們佈置為與電容器極板平行的位置下是適當的。例如被佈置為與電容器極板平行的此類板狀脫氣插件對由電容器極板所產生的電場幾乎不具有影響或僅具有很少影響，因為脫氣插件或多或少地與場線橫切地延伸。
脫氣插件亦可由經燒結的、多孔的材料所形成。其可為經燒結的塑膠、陶瓷或金屬體。由經燒結的金屬體對電場場線的影響，僅可以受限的方式使用經燒結的金屬體。
模製半部可具有若干此類脫氣口。
依據本發明的進一步態樣，一種用於製造一粒子泡沫元件的裝置包括：
- 一模製工具，界定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的該輻射源，用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及
- 其中，該等模製半部中的一者固定在該等電容器極板中的至少一者上，且此電容器極板藉由若干可負載壓力的絕緣體來固定到一外殼，其中該等絕緣體中的至少一者被佈置在該電容器極板的一後側上，且一進一步的絕緣體被佈置在該電容器極板的一前側上，使得在開啟及關閉該模製工具的期間兩者，該等絕緣體僅在經受壓力時而不是在經受張力時負載。
此類絕緣體原則上能夠吸收高壓。然而，它們對於張力是非常敏感的且可能輕易破裂。特別是，在高容積的模製工具的情況下，在關閉及產生粒子泡沫元件的期間產生了高壓縮力，其中兩個模製半部在高壓下彼此壓抵，以及在開啟模製工具的期間產生了可觀的張力。藉由如此佈置絕緣體，所確保的是，後者不會不適當地應變且永久地以可靠的方式固持電容器極板。
較佳地，若干絕緣體被佈置在電容器極板及外殼之間，以吸收在關閉及操作期間發生的壓縮力。
較佳地，至少一個進一步的絕緣體被提供為用於固持一個電容器極板，其中此進一步的絕緣體以分別與模製工具的開啟或關閉方向橫切的一個方向延伸。藉由此絕緣體，側向作用在電容器極板上的力被轉移到外殼。
該至少一個電容器極板電連接到該輻射源，且該輻射源被調適為使得具有至少1 kV的一幅度的電磁波被施加到該電容器極板。可向電容器極板施加分別具有至少5 kV或至少10 kV或至少20 kV的幅度的電磁波。
依據本發明的進一步態樣，一種用於製造一粒子泡沫元件的裝置包括：
- 一模製工具，界定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板形成一工具電容器且連接到用於電磁輻射的該輻射源，用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；其中
- 一電壓計，用於量測該工具電容器處的電壓，該電壓計連接到用於基於所量測到的電壓來控制電力的一控制設備。
實際落在電容器上的電壓允許非常準確地估算引入到塑膠材料中的熱輸出，因為電能與電壓的平方成比例且因此電力與電壓的平方成比例。如此，可以簡單的方式非常準確地控制供應到泡沫粒子的電力。
較佳地，提供了分壓器，該分壓器包括隔離電容器及量測電容器。這些電容器形成了串聯連接，該串聯連接與工具電容器並聯。電壓計分接量測電容器處的電壓。隔離電容器的電容較佳地小於量測電容器的電容。具體而言，隔離電容器的電容不大於量測電容器的電容的1/100（較佳地不大於1/1,000，且特別是不大於1/10,000）。這意味著，跨量測電容器的電壓是跨工具電容器的電壓的預定的小部分。此小部份是由隔離電容器及量測電容器的電容的比率所決定的。
較佳地，二極體與量測電容器並聯，該二極體將量測電容器處的電壓訊號整流。
隔離電容器較佳地具有高的電強度及低的電容。隔流電容器可形成於隔離體上以供將電容器極板中的一者附接到裝置的外殼，其中隔離體被佈置在隔離電容器的兩個電容器極板之間。
依據本發明的進一步態樣，一種用於製造一粒子泡沫元件的裝置包括：
- 一模製工具，界定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的該輻射源，用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及
- 該電磁輻射源形成一產生器諧振電路，且管道以及圍繞該模製空間的該電容器形成用於引導該等電磁波的一工具諧振電路，其中該兩個諧振電路中的至少一者可藉由改變一電感率或一電容量來調諧，其中一控制設備被提供設計為使得從該產生器諧振電路到該工具諧振電路進行的電力供應行為是藉由調諧該可調諧的諧振電路來控制的。
若兩個諧振電路具有相同的諧振頻率，則從產生器諧振電路向工具諧振電路傳輸最大的容量。諧振頻率彼此越不同，電力傳輸就越低。因此，藉由改變諧振電路中的一者的諧振頻率，可據此改變電力傳輸。
上述的兩個諧振電路的電感率全受用於傳輸電磁波的電路管道的長度所影響。這些管道一般是同軸導體或波導器。藉由連接具有各種長度的額外管道區段，可改變諧振電路的電感率且因此改變諧振電路的諧振頻率。在產生器諧振電路中，亦可提供電容器，其中可變化電容器極板的距離以改變產生器諧振電路的電容量。較佳地，提供了用於調整電容器極板之間的距離的馬達。
最大可傳輸電力位在25 kW到60 kW之間的範圍中。這取決於產生器的尺度及產生器諧振電路藉以連接到工具諧振電路的管道。
依據本發明的進一步態樣，一種用於製造一粒子泡沫元件的裝置具有：一模製工具，界定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的一輻射源，其中用於電磁輻射的該輻射源被設計為發射電磁輻射；及該模製工具具有至少兩個模製半部，其中該兩個模製半部中的至少一者是至少部分地由一複合材料所形成的，該複合材料具有由塑膠所形成的一矩陣材料及嵌入在該矩陣材料中的主體，其中該等嵌入體是由相較於該塑膠矩陣材料更佳地導熱的一材料製作的。
嵌入體較佳地為完全嵌在矩陣材料中的粒子或纖維。該等粒子較佳地具有3 mm的最大尺寸，特別是2 mm的最大尺寸或較佳地為1 mm的最大尺寸。該等纖維較佳地具有20 mm的最大長度，特別是10 mm的最大長度且較佳地為5 mm的最大長度。
矩陣材料較佳地是由不導電的塑膠製作的，例如環氧樹脂，該塑膠將嵌入體完全包封在其中。若嵌入體以及矩陣材料是彼此分離的，則嵌入體可由導電材料製作。若嵌入體是由導電材料製作的，則讓嵌入體是纖維且與分別相鄰的電容器極板平行地佈置是適宜的。若另一方面嵌入體不是導電的，則它們在矩陣材料中的佈置可為依照需要的。
嵌入體具體而言是由礦物質製作的，例如矽砂、陶瓷材料、氧化鋁、氮化鋁、玻璃粒、玻料、碳化矽及/或氧化鎂。嵌入體亦可為玻璃纖維或碳纖維。碳纖維一般是導電的，基於此理由，它們較佳地是與相鄰的電容器極板平行地佈置。
氧化鎂具有高的熱容量，在此情況下，模製工具可快速吸收在熔結期間引入到粒子泡沫元件中的熱，且粒子泡沫元件快速地冷卻。
包括矩陣材料及包括在其中的嵌入體的複合材料較佳地是由不或幾乎不吸收RF輻射的材料製作的。此複合材料因此並不影響或僅最低程度地影響RF輻射。然而，由於嵌入體及它們的良好導熱性，複合材料可快速地耗散模製空間中存在的熱。
具有此類複合材料的模製半部較佳地被提供為在該模製半部界定模製空間的側上具有相較於複合材料更強力地吸收RF輻射的塗料。因此，在模製空間附近的區域中施加電磁輻射之後，模製半部被加熱，使得模製空間中存在的泡沫粒子可被均勻地加熱。具體而言，此塗料具有與要由模製工具熔結的泡沫粒子類似的電損耗因數。
提供在模製工具界定模製空間的側上的塗料較佳地是塑膠塗料，其可由PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）、PEEK（聚醚酮）、POM（聚甲醛）、聚亞醯胺及PMMA（聚甲基丙烯酸鹽）製作。
用於依據本發明的進一步態樣製造一粒子泡沫元件的裝置包括：一模製工具，限定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的一輻射源，其中用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及
該模製工具是由至少兩個模製半部所形成的，其中該兩個模製半部中的至少一者在其界定該模製空間的側上被提供為具有吸收不同強度的電磁輻射的區域，使得在施加電磁輻射之後，吸收較強電磁輻射的該區域被加熱到使得在此區域中，一粒子泡沫元件的一表面相較於在其餘區域中被更強地熔化。
可更強力地吸收電磁輻射的這些區域可被提供為具有特定的標記、標誌等等的形狀，使得此形狀藉由熔化粒子泡沫元件的表面而蓋印在完成的粒子泡沫元件中。如此，可在不需要單獨的處理步驟的情況下在粒子泡沫元件上提供標記。
模製工具更強力地吸收電磁輻射的區域可例如由相較於其餘區域中具有更高的密度的材料製作。此區域亦可替代性地或結合性地被製作為具有有著更大厚度的材料或由原理上更佳地吸收電磁輻射的另一材料製作。
用於依據本發明的進一步態樣製造一粒子泡沫元件的裝置包括：一模製工具，限定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的一輻射源，其中用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及該模製工具被提供為具有冷卻肋。
冷卻肋的供給使得可能更快速地冷卻此類模製工具，特別是在將來自風扇的冷卻氣流引導在模製工具上時。
此類模製工具較佳地具有兩個模製半部，該等模製半部可藉由一沖床來壓在一起以形成該模製空間，其中各個模製半部具有一壓面，該沖床可作用在該壓面上，且該等冷卻肋在各個壓面外面的區域處形成於該等模製半部上。
可個別地或亦以任何組合方式實現上述的態樣。
對於所有上述態樣而言適用的是，電磁輻射可為RF輻射。
並且，在所有實施例中，兩個電容器極板中的一者原則上一般可電連接到接地。另一電容器極板直接連接到輻射源，其中將輻射傳輸到此電容器極板作為相對於接地的電磁波。
較佳地，是使用上述的電壓量測以及藉由調適產生器諧振電路及工具諧振電路來進行的電力傳輸控制，因為電壓與兩個諧振電路的匹配成比例，亦即在兩個諧振電路的諧振頻率匹配的情況下，電壓是最高的，且兩個諧振電路的諧振頻率越不同，電壓就越加減少。
依據本發明的進一步態樣，一種用於製造一粒子泡沫元件的裝置包括：
- 一模製工具，界定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的該輻射源，用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及
- 該裝置包括若干工作站，若干模製工具在該等工作站之間在一迴路中移動，且其中至少提供了以下的工作站：
- 一裝填站，在該裝填站處，該模製工具被填以泡沫粒子；
- 一熔結站，在該熔結站處，該模製工具中存在的該等泡沫粒子藉由電磁輻射來熔結；
- 至少一個或若干個冷卻站或穩定站，分別用於冷卻該經熔結的粒子泡沫元件；及
- 一脫模站。
較佳地，遞送單元被設計為使得可以循環移動遞送若干模製工具。
該裝置可沿著遞送單元具有冷卻區，而冷卻區被設計為同時接納若干模製工具。
因為模製工具通常是由為不良熱導體的塑膠材料製作的，在熔結之後使粒子泡沫元件在可將其脫模之前冷卻較長的時間是適當的。在使用以迴路方式移動模製工具的此類裝置的情況下，不同的工作站（特別是熔結站）可操作在最佳的產能下。一個熔結循環持續約30秒到2分鐘。熔結過程的持續時間取決於粒子泡沫元件的尺寸、泡沫粒子元件的材料及所引入的能量。相較於僅由蒸氣熔結泡沫粒子的用於製造粒子泡沫元件的常規裝置，熔結過程是非常短的。因此，相較於常規裝置，此類機器可運轉在明顯更高的循環速率下。只有冷卻過程一般花費較常規的模製工具更多的時間，該等常規的模製工具僅由為良好熱導體的金屬所製作。在同時使用若干模製工具的情況下，這些模製工具可在穩定站處同時冷卻。冷卻行為可單獨藉由現存的環境空氣發生或藉由供應氣態或液態冷卻劑而主動發生。在個別的穩定站處，可提供不同的冷卻系統。
在使用上述的各種裝置的情況下，可製造粒子泡沫元件，其中模製空間被填以泡沫粒子且定位在其中的泡沫粒子是藉由施加電磁輻射來熔結的。接著將如此製造的粒子泡沫元件脫模。
用於此用途的泡沫粒子較佳地是由可膨脹的熱塑性材料製作的。
用於依據本發明的進一步態樣製造一粒子泡沫元件的方法包括以下步驟：
將一模製空間填以泡沫粒子；
熔結該等泡沫粒子，特別是透過施加電磁輻射來進行；及
脫模；
其中該模製工具具有兩個模製半部，且該等模製半部被佈置為用於在一裂隙位置下填充該模製工具，在該裂隙位置下，該等模製半部相較於一關閉位置彼此略為隔開，且在以裝填在該等模製半部中的該等泡沫粒子進行熔結之前將該等模製半部壓在一起。
該方法的特徵在於，在填充該模製工具時，該等模製半部相較於該關閉位置在某些區域中以不同的距離隔開，使得在壓在一起之後，該等模製半部在某些區域中以不同的距離移動在一起。
藉此手段，模製空間中的泡沫粒子在模製工具的不同區域中以不同的強度被壓縮。此舉使得可能在模製工具的關閉狀態下獲得不同的密度，或抵消或補償肇因於模製空間中的不同厚度的密度變化。例如，若由模製工具生產用於鞋類的大致楔狀的粒子泡沫元件，則造成的粒子泡沫元件一般在前段中相較於在後段中是更加薄的。若一個模製半部圍繞旋轉軸而樞轉以產生裂隙位置且該裂隙位置與模具的縱向範圍橫切地佈置在模具的較薄端處，則在轉回到模製工具的關閉位置之後，獲得了容納在其中的泡沫粒子的大致恆定的密度。這適用於在橫截面上是楔狀的所有產品。
然而，亦存在具有以不同方式變化的厚度的其他產品。在本文中，具有由二或更多個單獨部件製作的至少一個模製半部是適宜的，該等部件可彼此獨立移動以產生裂隙位置。此舉使得可能讓模製半部的不同部件的個別區域在被壓在一起時以不同的距離移動在一起，而導致容納在其中的泡沫粒子的壓縮強度上的差異。
此實施例亦可用來儘可能均勻地壓縮模製空間具有不同厚度的區域，以在整個粒子泡沫元件中獲得最均勻的加熱行為及熔結品質。然而，亦可能是適宜的是，若要更強力地加熱某些區域，則讓更大的壓縮作用發生在這些區域中，使得由於它們較大的密度，定位在其中的泡沫粒子更強力地吸收電磁輻射。從而，在生產粒子泡沫元件的期間，可能設定預定的、不恆溫的剖面。
用於製造粒子泡沫元件的裝置1的基本設置示於圖1中。此裝置1包括材料容器2、模製工具3及從材料容器2導向模製工具3的導體4。
材料容器2用以接收鬆散的泡沫粒子。材料容器2具有基部5，該材料容器藉由該基部連接到基部區域中經過壓縮空氣源7的壓縮空氣管道6。壓縮空氣管道6連接到佈置在基部5中的若干噴嘴（未描繪），使得可將若干空氣蒸氣（流體化的空氣）注入到材料容器2中，此舉使得容納在該材料容器中的泡沫粒子起旋渦且因此分離。
在材料容器2的基部5的區域中形成了開口，饋送管道4連接到該開口。可藉由滑件（未表示）來關閉該開口。
在材料容器附近，噴嘴8呈現在饋送管道4中。噴嘴8經由進一步的壓縮空氣管道9連接到壓縮空氣源7。供應到此噴嘴8的壓縮空氣充當引入空氣，因為該空氣透過噴嘴8被引入到饋送管道4中且遞送到模製工具3。此舉在面向材料容器2的側處的噴嘴8處產生了真空，所述真空從材料容器吸收泡沫粒子。
饋送管道4導向耦接到模製工具3的負載注入器10。負載注入器10經由進一步的壓縮空氣管道11連接到壓縮空氣源7。一方面，供應到負載注入器10的壓縮空氣用於藉由以通往模製工具3的方向向泡沫粒子流施用壓縮空氣來填充模製工具3。另一方面，一旦填充過程結束，供應到負載注入器10的壓縮空氣亦可用來從饋送管道4將泡沫粒子吹回到材料容器4中。
模製工具是由兩個模製半部12、13所形成的。在兩個模製半部之間界定了至少一個模製空間14，用於引入泡沫粒子的負載注入器10連接到該模製空間。可藉由將兩個模製半部12、13合在一起來減少模製空間14的容積。在模製半部12、13分開時，在模製半部12、13之間形成了間隙，所述間隙稱為裂隙。因此，此類模製工具3亦稱為「裂隙模製工具」。
裝置1可不包括通往模製空間14的蒸氣產生器及蒸氣源，因為這在用於製造粒子泡沫構件的常規裝置是常見的。由於包含在泡沫粒子材料中的殘留水分及由於包含在壓縮空氣中的水分，濕氣可穿透到模製空間14中。然而，裝置1亦可被配置為具有通往模製空間14及/或通往饋送管道4的蒸氣產生器及蒸氣源，以向模製空間14饋送飽和的乾蒸氣以供加熱泡沫粒子及/或在泡沫粒子從材料容器2到模製空間14的輸送過程中將泡沫粒子潤濕。亦可藉由將水霧化的相對應的噴嘴以液態形式的水將容納在材料容器2中的泡沫粒子潤濕，該等噴嘴為此目的而佈置在材料容器2中。
電容器極板15、16佈置在模製半部12、13中的各者上。這些電容器極板各由導電良好的材料（舉例而言，例如銅或鋁）所組成。在模製半部13上佈置了負載注入器10。負載注入器10延伸透過電容器極板16中的凹口，該凹口佈置在模製半部13上。
電容器極板15、16經由電線連接到用於傳輸高頻電壓的產生器18。
模製半部12、13各具有基部主體，該基部主體可由實質不導電的材料所製作，該材料對於電磁RF輻射是特別透明的，該材料舉例而言例如是聚四氟乙烯（PTFE）、聚乙烯、特別是UHMWPE、聚醚酮（PEEK）。只有電容器極板15、16是導電的。「實質透明的材料」是可被電磁輻射（特別是RF輻射）穿過的材料。儘管如此，此材料可針對電磁RF輻射具有特定的吸收性質以將電RF輻射的一部分轉變成熱及加熱模製半部12、13。這又將在下文中更詳細地解釋。
模製工具可以可選地連接到真空泵19，使得可向模製空間14分別施加負壓或真空。所述負壓導致容納在模製空間14中的濕氣被吸收。
較佳地，電容器極板15、16被提供為具有冷卻系統。在本實施例中，冷卻系統是由風扇20所形成的，該等風扇向電容器極板15、16背向模製空間14的側引導冷卻空氣。為了增加冷卻效果，可在電容器極板15、16上提供冷卻翼片。
替代性或附加性地，亦可將冷卻管佈置在電容器極板15、16處，冷卻媒質是透過該等冷卻管來遞送的。作為冷卻媒質，較佳地是使用流體，舉例而言例如為水或油。
下文解釋了用於以上述裝置製造粒子泡沫元件的此類方法。
該方法包括以下的基本步驟：
- 裝填模製空間14
- 熔結泡沫粒子
- 穩定化（可選）
- 脫模
- 清潔工具（可選）
為了裝填模製空間14，經由壓縮空氣管道6在材料容器的基部5的區域中將空氣吹到模製空間14中，使得容納在該材料容器中的泡沫粒子起旋渦及隔離。同時，將引入空氣供應到噴嘴，使得從材料容器2將泡沫粒子攜帶到饋送管道4中且由引入空氣朝向模製工具3輸送。關閉模製空間14，且可將模製半部12、13合在一起或由裂隙彼此分隔。
可連序地開啟及關閉材料容器2的滑件。開啟及關閉時間一般是在500 ms到1 s的範圍中。藉由如此循環開啟及關閉滑件，來自材料容器2的泡沫粒子被間歇地遞送到饋送管道4。此舉可導致拆散材料容器2中的泡沫粒子的分流且隔離泡沫粒子。此舉在具有黏著面的泡沫粒子（舉例而言，例如eTPU泡沫粒子）的情況下是特別適當的。
亦可藉由從壓縮空氣管道9向噴嘴8間歇地供應引入空氣而交替地發生間歇吸收，該噴嘴被佈置為與材料容器2直接相鄰。
模製工具12、13被提供為具有至少一個閥（未表示），該至少一個閥在饋送泡沫粒子的期間開啟，使得流到模製空間14中的壓縮空氣可散逸。可在填充模製空間14期間調整此閥，使得在模製空間14中建立反壓。因此，可將饋送管道中及模製空間中的壓力保持是高的，藉此將泡沫粒子保持在低體積下。此舉使得相較於在不施加反壓的情況下會可能饋送的，可能將更多泡沫粒子饋送到模製空間14。一旦撤回反壓，泡沫粒子在模製空間14中擴張。
用於調整填充量的進一步參數是裂隙，亦即界定在填充期間用以佈置兩個模製半部12、13的距離的間隙。在填充期間的裂隙的使用主要增加了要製造的粒子泡沫元件的低密度區域中的密度。
一旦建立了將模製空間14填有泡沫粒子的情況，負載注入器10關閉。管道中存在的泡沫粒子藉由供應到負載注入器10的壓縮空氣而吹回到材料容器2中。
以泡沫粒子填充模製空間14的步驟被詳盡地描述在德國專利申請案DE 10 2014 117 332中，這是為何在這方面引用此專利申請案的原因。
在以泡沫粒子填充模製空間14之後，藉由施加電磁RF輻射來加熱這些泡沫粒子。藉由向電容器極板15、16施加具有27.12 MHz的頻率的約104 V的高頻電壓來產生此RF輻射。
可在聚氨酯（eTPU）的基礎上製作泡沫粒子。聚氨酯在具有1 MHz的頻率的電磁輻射下具有0.2的介質損耗因數D。然而，具有1 MHz的頻率的電磁輻射下的聚丙烯（PP）的介質損耗因數僅為0.00035。聚氨酯的吸收能力因此明顯高於聚丙烯的吸收能力。這使得可能的是，在不使用傳送額外的熱的物質的情況下，在特定的水溶液中，將熔結泡沫粒子所需的熱引入到模製空間14中，因為泡沫粒子本身吸收電磁波。
可使用由基於聚醚-嵌段-酰胺（ePEBA）、基於聚乳酸（PLA）、基於聚醯胺（ePA）、基於聚對苯二甲酸丁二醇酯（ePBT）、基於聚酯醚彈性體（eTPEE）或基於聚對苯二甲酸（ePET）的可膨脹的熱塑性塑料製作的泡沫粒子，而不是使用基於聚氨酯的泡沫粒子。
這些材料具有影響偶極矩的功能基團（酰胺基團、氨基甲酸酯基團或酯基團）。這些功能基團負責由分子進行的RF輻射吸收。因此，具有此類影響偶極動量的基團的其他熱塑性塑膠亦適於由RF輻射進行熔結。
基於ePP（可膨脹聚丙烯）或ePS（可膨脹聚苯乙烯）的泡沫粒子亦可熔結到粒子泡沫元件中。因為這些材料僅非常低度地吸收電磁輻射，添加介電導熱媒質（舉例而言，例如水）是必要的。可在材料容器2中或在將泡沫粒子從材料容器2輸送到模製工具3的期間藉由導熱媒質將泡沫粒子潤濕。在饋送管道4中進行潤濕具有的優點是，泡沫粒子被非常均勻地潤濕且導熱媒質被均一地分佈在模製空間14中。此舉導致相應均勻地加熱了模製空間14中的泡沫粒子。
模製工具3亦可連接到蒸氣源（未表示），可藉由該蒸氣源將飽和乾蒸氣引入到模製空間14中。此舉在熔結具有取決於溫度的介質損耗因數的材料時是適當的。此類材料例如為ePES（可膨脹的聚醚碸）或可膨脹的聚醯胺。在低溫下，電磁波的吸收性質是低的。基於此理由，首先藉由蒸氣來加熱這些泡沫粒子，以接著在到達特定的溫度之後，單獨或額外藉由電磁輻射來將該等泡沫粒子加熱到再更高的溫度。或者，可使用介電導熱媒質來潤濕泡沫粒子，使得藉由電磁輻射來加熱導電導熱媒質以將泡沫粒子加熱到預定的溫度。此後，基於電磁輻射來直接加熱泡沫粒子的行為可能發生，因為隨著升高的溫度，電磁輻射的吸收性質增加了。
施加電磁RF輻射的持續時間分別取決於模製空間14的容積、泡沫粒子的密度以及所施加的電力或所施加的電壓。在測試中，已顯示的是，取決於容積及形成泡沫粒子的材料，為了可靠及完整地熔結泡沫粒子，需要大約30 s到大約2分鐘。為此，施加了5 kV到20 kV的電壓。
較佳地，是在熔結期間量測泡沫粒子的溫度，且據此控制電力。較佳地，電力被控制為使得泡沫粒子具有稍微在它們的軟化溫度以上的溫度。亦可量測與引入到模製空間中的電力相關的任何其他的物理量，而不是量測泡沫粒子的溫度。這例如可為向電容器極板15、16施加的電力。
可額外將限定模製空間14的表面回火。為此，可將電熱線34佈置在限定模製工具中的模製空間14的表面附近。電熱線34連接到電源35，可藉由該電源將加熱電流饋送到電熱線中。
亦可在模製半部12、13中提供流體通道，而不是提供電熱線，經對應回火的流體流過該流體通道。較佳地，流體分別是水或蒸氣。
在施加了電磁RF輻射之後，將模製空間14保持關閉預定的時間，藉此引入的熱被均勻分佈在粒子泡沫元件中且在所有泡沫粒子之中形成非常均一的熔結。此方法步驟稱為穩定化。在穩定化期間，粒子泡沫元件的輕微冷卻亦發生。因為模製半部12、13是由實質透明於電磁RF輻射的材料（其一般是導熱不良的塑膠材料）所形成的，原則上，在模製空間14關閉時，少量的熱被釋放到外部。
相較於由金屬製作的模製半部而言，由塑膠材料製作的模製空間12、13具有的優點是，它們一方面明顯較佳地隔熱，另一方面具有較低的熱容量。因此，可明顯較快地實現所需的溫度循環，且藉由使用較少的能量，所供應的熱幾乎被完全供應到泡沫粒子。
在穩定化期間或在穩定化的持續時間的一部分期間，可藉由冷卻系統32、33來主動冷卻電容器極板15、16，藉此從模製半部12、13的基部主體除去熱且因此從粒子泡沫元件除去熱。
在穩定化之後，藉由將兩個模製半部12、13彼此分開來將粒子泡沫元件脫模。在模製工具處，可提供脫模推桿以供進行脫模，藉由該脫模推桿，粒子泡沫元件被推出兩個模製半部12、13中的一者。
穩定化是可選的方法步驟。在特定的材料及形狀的情況下，亦可省略穩定化。要製造的粒子泡沫元件的體積越大，在熔結之後穩定化模製工具中的粒子泡沫元件就越適當。
為了增加產量，可能已經在裝填期間及/或在關閉裂隙的期間施加了電磁RF輻射。
可能已經在裝填期間或又僅在以泡沫粒子裝填模製空間14之後，首先分別以低電力或低電壓施加電磁輻射（特別是RF輻射），以將材料預熱到特定的溫度且接著逐漸地或突然地分別增加電力或電壓。
分別逐漸增加電磁RF輻射的電力或電壓，使得藉由分別逐漸增加電磁RF輻射的電力或電壓在例如30秒到3分鐘的時間內實現線性上升亦可能是有用的。如此，達成了泡沫粒子的均一的加熱。
可選地，亦可向模製空間14施加負壓及/或真空。此舉在泡沫粒子及/或所供應的壓縮空氣具有某個濕度時是有用的。
相較於僅以蒸氣進行的熔結而言，上述的方法是乾的方法。其結果是，所製造的粒子泡沫元件在製造過程之後分別是乾的或更乾的且更快地準備好進行立即的進一步處理步驟。因此，可在生產時達成可觀的效率增加，因為一方面可縮短不同處理步驟之間的區間，且另一方面為了熔結泡沫粒子所帶進的熱亦可至少部分地用於後續的製程步驟。
在下文中解釋了模製工具3（圖2a、圖2b），該模製工具分別包括第一模製半部12及第二模製半部13，且該模製工具可用在上述的裝置1中。
省略了移動設備、固定構件、用於量測模製空間中的溫度的溫度計及用於開啟及關閉工具的進一步機件，以簡化圖2a、2b中的圖形表示。
模製工具3是由兩個模製半部12、13製作的，該等模製半部各具有由導電材料製作的基部主體24、25。這些基部主體例如是由鋁、銅或導電良好的合金所組成的。
兩個模製半部12、13各由內邊界面26、27界定了模製空間14。兩個模製半部12、13的內邊界面26、27被提供為具有電絕緣塗料28、29。
電絕緣塗料可由實質透明於電磁輻射（特別是RF輻射）的材料製作，所述材料例如是PTFE、PE、PEEK。然而，它們亦可由在所施加的電磁輻射下具有與要在模製空間14中處理的塑膠材料類似的介質損耗因數的塑膠材料製作，以便在施加電磁輻射時在整個模製空間14上及在模製空間的邊緣部分中達成均一的加熱。基於此理由，塗料28、29較佳地是由具有適度的損耗因數的材料製作的，舉例而言例如為PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）、PEEK（聚醚酮）、POM（聚甲醛）、聚亞醯胺及PMMA（聚甲基丙烯酸鹽）。這些塗料28、29因此實質上透明於RF輻射，因為它們僅吸收一小部分的電磁輻射，且由於相對低的損耗因數而可被形成為具有某個厚度（例如至少2 mm，具體而言至少2.5 mm或至少5 mm）。較佳地，塗料不厚於20 mm，具體而言不厚於15 mm且較佳地不厚於10 mm，使得被塗料吸收的電磁波能量部分是小的。
導電基部主體24、25構成模製工具3的電容器極板。因此，它們具有用於連接到產生器18或連接到接地30的電連接。產生器18構成用於產生電磁輻射的輻射源。較佳地，產生器被配置為用於產生RF輻射。
產生器亦可被配置為用於產生微波，其中在使用RF輻射的較大的模製空間14的情況下，相較於使用微波輻射的情況，可能明顯更均一地加熱。此外，大部分的塑膠材料目前為止能夠較微波輻射為佳地吸收RF輻射。基於此理由，偏好使用RF輻射。
由於模製半部12、13皆界定了模製空間14且同時構成了電容器極板，「電容器極板」及模製空間14之間的距離是非常小的且僅由電絕緣塗料28、29所界定。因此，電磁輻射的損耗是非常小的，這就是為何被帶到要熔結的泡沫粒子中的電力部分是非常高的原因。此類工具因此允許非常高效地將泡沫粒子熔結成粒子泡沫元件。
在模製工具3的本實施例中，第一模製半部12包括底壁31及周邊的側壁32。在本實施例中，從導電基部主體24及內塗料28配置底壁31及側壁32兩者。亦可能的是，從非導電材料（特別是塑膠材料）單獨形成側壁32，或僅部分地藉由導電基部主體24來形成該側壁。第二模製半部13形成模具，該模具可驅動到由第一模製工具12所建立的空腔中且因此緊密地密封了模製空間14。兩個模製半部12、13之間的緊密密封至少緊密到使得容納在其中的泡沫粒子不能散逸。模製空間14不一定是氣密的。
兩個模製半部12、13可藉由沖床（未描繪）來彼此相對移動，且可向該等模製半部施加預定的力。
在第一模製半部12處，佈置了用於饋送泡沫粒子的通路開口，該開口在下文中稱為填充口33。負載注入器10連接到填充口33。此負載注入器與常規的負載注入器不同，因為其不具有用於關閉填充口33的關閉機構，如下文中將更詳細解釋的。
第一模製半部12具有一或若干個通路開口以供允許空氣散逸，所述通路開口在下文中稱為通風口34。
填充口33及通風口34分別被佈置在一定的區段或區域中，特別是被佈置在第一模製半部12被模製工具3的關閉狀態下的第二模製半部13分別隱藏或覆蓋的邊緣區域中（圖2b）。藉此，填充口33及通風口34在藉由將第二模製工具13引入到由第一模製工具12所形成的空腔中來關閉模製工具3時自動關閉。由於此原因，負載注入器10不一定具有藉以關閉填充口33的關閉機構。
此區段或區域是第一模製半部12未被第二模製半部13覆蓋的區域，亦即模製半部在移開後開啟到裂隙位置下所圍繞的區域。
較佳地，第一模製半部12連接到接地30。負載注入器10耦接到第一模製半部12的導電基部主體24，使得負載注入器10亦電連接到接地30。產生器相對於接地30產生施加到第二模製半部13的基部主體25的電磁波或交流電壓。因此，交流電磁場（特別是RF輻射）形成於模製空間14中。
在模製工具3的此類實施例中，重要的是，兩個模製半部12、13的導電基部主體24、25彼此電絕緣。在本實施例中，這是藉由塗料28、29來達成的。
較佳地，兩個模製半部12、13中的一者的內邊界面26、27具有起伏的配置。在本發明的意義上，起伏意指與平坦的邊界面背離的任何形式。在本實施例中，第二模製半部13的內邊界面27是起伏的。第一模製半部12的內邊界面26在底壁31的區域中不是起伏的。
此類模製工具3與用於藉由電磁波來熔結泡沫粒子的習知模製工具的進一步差異在於，第二模製工具13具有模具形狀且與其電氣基部主體25至少部分地在由第一模製半部12所界定的空腔內，導電基部主體25充當電容器極板因此分別非常靠近模製空間14或要熔結的泡沫粒子。
模製工具3的進一步實施例示意性地表示在圖3中。所述模製工具3包括兩個實質平坦的電容器極板15、16。模製半部12、13中的一者固定到兩個電容器極板15、16中的各者。如圖1中所表示的實施例中所示，模製半部是由非導電材料製作的。針對模製半部12、13的配置及用以製作模製半部的材料，為了避免重複，請參照關於圖1中所示的模製半部的解釋。
所述模製工具3具有由導電材料製作的外殼35。較佳地，外殼是金屬外殼。
在外殼中，第一電容器極板15及第一模製半部12被固定地佈置。第二電容器極板16及第二模製半部13耦接到移動機構，該移動機構在本實施例中是液壓活塞/汽缸單元36。移動單元亦可為氣動活塞/汽缸單元或具有足夠的力量來將兩個模製半部12、13保持在一起的不同控制構件。第一模製半部12被形成為實質板狀，而第二模製半部13具有底壁37及周邊側壁38，使得該第二模製半部界定在一側開放的模製空間。
第二模製半部13被提供為具有推桿39，該等推桿可被驅動到所述模製半部13中以供將模製空腔脫模。脫模行為被實現為使得在藉由活塞/汽缸單元36來回縮第二模製半部13期間，推桿39與止動板40接觸且因此穿透到由第二模製半部13所界定的模製空腔中。在其底部，外殼35具有開口41a，該開口可藉由可水平移動的門41b來關閉。在第二模製半部13回縮時，門41b開啟，使得各別的經脫模的粒子泡沫元件透過開啟的開口41a掉出模製工具3且可藉由使用適當的遞送手段（未表示）來移除。
第二、可動的電容器極板16經由移動機構及經由外殼35電連接到接地30。
第一電容器極板15分別藉由適當的波導器或同軸線電連接到產生器18。
第一電容器極板15藉由若干機械連接不可動地連接到外殼35的後壁。各個機械連接具有隔離體42。機械連接或隔離體42分別或多或少地與第二模製工具13的移動方向平行地延伸。在本實施例中，隔離體是由陶瓷材料製作的。
然而，亦可提供其他電絕緣良好的材料（舉例而言，例如玻璃）作為用於隔離體的材料。隔離體42可支撐壓力負載。然而，它們對於側向力及拉伸應力是敏感的。在第一電容器極板16的後側（其為從模製半部12轉開的側）上，存在複數個機械連接，各個機械連接在電容器極板15及外殼35的後壁之間具有隔離體42。
這些機械連接較佳地被佈置在規則的柵格中，而允許它們支撐分別分佈在個別機械連接或個別隔離體42上的高壓負載，且允許它們向外殼35傳導所述壓力負載。
並且，在電容器極板15的前側上（亦即在模製半部12所在的側上），具有進一步隔離體43的某些機械連接被佈置在邊緣區域中。隔離體43被形成得與隔離體42完全一樣。這些機械連接延伸於電容器極板15的邊緣區域之間且延伸到從外殼35的壁向內凸出的架座44，使得這些機械連接或隔離體分別亦或多或少地與第二模製半部13的移動方向平行地延伸。因此，在模製工具開啟時，分別作用在第一模製工具12或第一電容器極板15上的力可被傳導到外殼35。
並且，可提供額外的機械連接，該等機械連接分別與第二模製半部13或第二電容器極板16的移動方向橫切地形成，該等機械連接反過來包括隔離體45，以能夠在維修工作或安裝的情況下將施加到第一電容器極板15且分別不與第二電容器極板16或第二模製半部13的移動方向平行的力傳導到外殼35。
因為第一電容器極板15及外殼35之間的所有機械連接包括隔離體42、43、45，第一電容器極板15完全與外殼35絕緣。較佳地，隔離體42、43及45具有至少5 cm的長度（特別是至少8 cm且特佳的是至少10 cm），使得在外殼35及第一電容器極板15之間建立對應地大的距離以避免電容器極板15及外殼35之間的電壓飛弧。
對於以此方式佈置的電容器極板，可分別施加1 kV到數kV或最高10 kV或數10 kV的電壓。以此類方式形成的模製工具3適於向模製空間中存在的泡沫粒子傳輸在10 kW到60 kW的範圍中的電力。因此，可在30秒到2分鐘的非常短的循環時間下可靠地製造大體積的粒子泡沫元件。
圖4示意性地在電路圖中示出產生器18、由電容器極板15、16所形成的工具電容器（其包封模製半部15、16）及適於傳送電磁波的管道（分別為波導器或同軸線）46，藉由該管道將電磁波從產生器18傳送到工具電容器15、16。較佳地，形成管道46的空心波導器為具有導電內管及導電外管的同軸空氣管道。同軸空氣管道被調整尺度為使得可以可靠地傳送高壓訊號。突波阻抗較佳地是設定於大約50 Ω。
在所述管道46中，產生器側的電感器47及工具側的電感器48以符號示出。這些電感器是由管道本身所造成的，其中各別的管道區段的長度決定了各別的電感器的量。工具側的電容器與工具電容器15、16並聯。所述電容器49構成了電容器極板15及模製工具3的外殼35之間的電容量。工具電容器15、16、電容器49及工具側電感器48形成了工具諧振電路50。
產生器側的電容器51連接到產生器18及產生器側的電感器。產生器側的電容器51及產生器側的電感器形成了產生器諧振電路52。至少產生器側的電容器51或產生器側的電感器47具有以下的可變形式，例如，提供具有在距離方面是可變的電容器極板的電容器或提供可變長度的管道區段。亦可能的是，產生器側的電容器51及產生器側的電感器47兩者是可變的。產生器側的電容器51可被提供為具有定位馬達，該定位馬達在被致動時例如藉由在兩個電容器極板總是彼此平行或兩個電容器極板中的一者被旋轉的情況下直線移動兩個電容器極板中的一者來改變兩個電容器極板之間的距離。
藉由分別改變電容器51或電感器47的容量，可分別改變或調諧產生器諧振電路52的諧振頻率。若產生器諧振電路及工具諧振電路的諧振頻率是一致的，則產生器18的最大電力被傳輸到工具諧振電路50且因此傳輸到工具電容器15、16。藉由改變產生器諧振電路52的諧振頻率，可以針對的方式控制電力的傳輸，且兩個諧振電路50、52的諧振頻率越不同，所傳輸的電力越低。因此，可以針對的方式使用產生器諧振電路52的調諧以供調整引入到模製空間14中的電力。
在本實施例中，產生器諧振電路52的諧振頻率是改變的。亦可能改變工具諧振電路50的諧振頻率。這在傳輸電力的方面具有相同的效果。然而，提供工具側的電容器相較於分別的產生器側的可變電容器或可變電感器而言是更困難的。
圖5示意性地示出用於控制供應到工具電容器15、16的電力的設備的簡化圖。產生器18連接到工具電容器15、16。量測電容器53與工具電容器並聯，該量測電容器的電容量是工具電容器15、16的電容量的一小部分。量測電容器53經由同軸線54連接到電壓量測設備（電壓計）55。較佳地，二極體56與量測電容器53並聯。同軸線54與電感器58串聯，該電感器用於過濾高頻訊號。
由量測電容器53及二極體56所形成的量測單元藉由隔離電容器59與工具電容器15、16隔離。隔離電容器具有高介電強度。隔離電容器59的電容小於量測電容器53的電容，而相較於在量測電容器53處在隔離電容器處導致了更大的電壓下降。隔離電容器59的電容比量測電容器53的電容的比率較佳地是1:100或1:1000或1:10,000。藉此手段，量測單元53、55中在工具電容器15、16處所施加的電壓被減少到使其位在電壓計55的量測範圍內，藉此可以可靠地偵測該電壓。
在使用此電路系統的情況下，相對應於在工具電容器15、16處所施加的電壓且依據隔離電容器59的容量的比率而減少的電壓在量測電容器53處釋放。藉由提供二極體56，僅發生某個極性的振盪半部。因此，二極體56是施加到量測電容器53的電壓的整流器。以電壓量測設備55量測量測電壓（measuring voltage），且將該量測電壓轉換成量測訊號。量測信號被遞送到控制設備57，該控制設備自動控制產生器18以遞送預定的電力，以分別在工具電容器處產生特定電壓或在量測電容器處產生特定的量測電壓（其量為工具電容器處的電壓的一小部分）。
現在於下文中以圖6輔助來解釋用於製造粒子泡沫元件的裝置的實施例。此裝置1具有若干工作站，該等工作站在空間上彼此分離且藉由遞送單元60彼此連接。在使用遞送單元60的情況下，若干模製工具（各模製工具界定模製空間）可在個別的工作站之間移動。
遞送單元60具有上遞送區段61及下遞送區段62，模製工具3在該等遞送區段上以不同的方向遞送。兩個遞送區段61、62被佈置為彼此平行，且在兩個遞送區段的末端處，各遞送區段中存在升降設備63、64，模製工具可藉由該升降設備在遞送階層之間向下移動（升降設備63）或向上移動（升降設備64）。兩個遞送區段61、62各具有兩個窄的遞送帶，該等遞送帶被佈置為彼此平行且模製工具3可放置在其上。
在遞送方向65上，定位在上遞送區段61上的是脫模站66、安插站67、填充站68及熔結站69。熔結站包括沖床，該沖床具有上遞送區段61的階層處的底部靜止板以及頂部可動板。在兩個板（未描繪）之間，模製工具3可佈置在該等板中且可藉由沖床（其致動該兩個板）壓在一起。兩個板是由導電材料製作的，底部的靜止板連接到接地。頂部的可動板連接到RF產生器18。兩個板因此形成了上述的電容器極板15、16，該等電容器極板在其間接納模製工具3。
提供在下遞送區段62上的是冷卻區段70，在熔結站69處加熱的模製工具及定位在該模製工具中的粒子泡沫元件可在該冷卻區段上冷卻。冷卻區段70能夠單獨以環境空氣冷卻模製工具3，但可被提供為具有風扇以使模製工具3經受冷卻氣流，及/或可包括被經冷卻的媒質冷卻到室溫以下的冷卻腔室以加速將熱傳導出模製工具3。冷卻區段70可同時保持若干模製工具，因為模製工具中的粒子泡沫元件的冷卻及/或穩定化行為是具有最長持續時間的工作步驟。
提供在下遞送區段62上的是模製工具儲存系統71，該模製工具儲存系統連接到自動儲存器以供儲存若干模製工具，使得可自動將不同的模製工具饋送到遞送單元60中及將該等模製工具取出該遞送單元。
粒子泡沫元件的製造行為在脫模站66中結束，在該脫模站中，包括兩個半部的模製工具被開啟且其中所生產的粒子泡沫元件被移除且卸下。
模製工具3具有關閉機構72，藉由該關閉機構，各別的模製工具的兩個半部在沿著遞送單元60遞送時被牢牢關閉在一起。
此關閉機構72在脫模站66中自動開啟以供將粒子泡沫元件脫模，此後兩個模製半部藉由關閉機構72再次被放在一起且接合在一起。關閉機構接合兩個模製半部牢固到使得它們在遞送期間不移開。關閉機構可具有一定程度的作用，使得兩個模製半部可在填充期間稍微拉開以形成裂隙。關閉機構必須不用來吸收在熔結期間在模製空間中發生的壓力。此壓力經由熔結站69中的沖床而引出。
此裝置的優點是，在使用單一熔結站的情況下，非常高的產量是可能的，因為粒子泡沫元件的熔結一般不持續超過30秒到2分鐘。最長持續時間的工作步驟是模製工具及容納在其內的粒子泡沫元件的穩定化或冷卻。因為冷卻區段能夠同時固持若干模製工具，可同時穩定化或冷卻若干模製工具。這意味著，進入熔結站69的模製工具的處理是不耽誤的。
此裝置的進一步優點在於，可同時循環不同的工具（特別是具有不同模製空間的工具）。較佳地，各個模製工具被提供為具有獨一的機器可讀取識別設備。此類識別設備可例如為條碼或RDID晶片。用於讀取識別設備的一或更多個合適的讀取器沿著遞送單元60提供在裝置上，使得控制單元（未描繪）知道哪個工具出現在哪個工作站處。藉此手段，可個別處理個別的工具。具體而言，在熔結站處，它們可經受不同電壓及/或持續時間的電磁波。個別控制冷卻區段中的停留時間及主動冷卻下的冷卻效果（例如使用風扇來進行）亦是可能的。
相較於用於製造粒子泡沫元件的常規裝置（其中僅以熱蒸氣熔結泡沫粒子），本裝置是更加緊密的且更加有彈性的，因為其能夠同時處理若干不同的模製工具。並且，可藉由電磁輻射以更大的效率將能量引入到模製空間中。
在熔結站處提供水或蒸汽供應管亦是適宜的，水及/或蒸氣可藉由該水或蒸汽供應管饋送到模製工具。此舉在要熔結的泡沫粒子在低溫下或一般而言具有低的介質損耗因數時是特別有利的。在此類情況下，供應限量的水或蒸氣。藉由電磁輻射，水被加熱成蒸氣，或蒸氣被進一步加熱。如此，泡沫粒子被加熱到介質損耗因數是更大的更高溫度，使得電磁輻射被吸收且該等泡沫粒子被進一步加熱。已發現的是，僅僅數百克的水對於具有50公升的容積的模製空間已是充足的。若泡沫粒子材料例如是ePS（可膨脹的聚苯乙烯），則300 g或以下的水就足以加熱及熔結具有50公升的容積的模製空間中的泡沫粒子。在僅由熱蒸氣加熱泡沫粒子的常規熔結行為中，對於具有50公升的容積的模製空間而言需要包括數公升的水的蒸氣量。
因此在原理上適用的是，若要熔結僅有限程度地吸收電磁輻射的泡沫粒子，則單次添加300 g的量的水對於具有50公升的容積的模製空間來說是充足的。對於僅稍微吸收電磁輻射的許多材料而言，即使小量的水亦可是適當的。對於具有不同容積的模製空間來說，所需的最大水量可以相同的比例與容積匹配。
若使用電磁輻射來加熱模製空間中的水，則使用具有壓力感測器的模製工具是適宜的，可藉由該壓力感測器來量測模製空間中存在的壓力。此壓力與溫度成比例。接著較佳地依據所量測到的壓力值來控制電磁輻射的輻照，亦即是針對特定的壓力值來設定。
對於具有遞送單元60的此裝置而言，可個別或結合使用上述本發明的不同態樣且特別是不同的模製工具。
1‧‧‧裝置
2‧‧‧材料容器
3‧‧‧模製工具
4‧‧‧管道
5‧‧‧基部
6‧‧‧壓縮空氣管道
7‧‧‧壓縮空氣源
8‧‧‧噴嘴
9‧‧‧壓縮空氣管道
10‧‧‧負載注入器
11‧‧‧壓縮空氣管道
12‧‧‧模製半部
13‧‧‧模製半部
14‧‧‧模製空間
15‧‧‧電容器極板
16‧‧‧電容器極板
17‧‧‧電線
18‧‧‧AC電壓源
19‧‧‧低壓泵
20‧‧‧通風器
21‧‧‧冷卻翼片
22‧‧‧電熱線
23‧‧‧電源
24‧‧‧基座主體
25‧‧‧基座主體
26‧‧‧內邊界面
27‧‧‧內邊界面
28‧‧‧塗料
29‧‧‧塗料
30‧‧‧接地
31‧‧‧底壁
32‧‧‧側壁
33‧‧‧填充口
34‧‧‧通風口
35‧‧‧外殼
36‧‧‧活塞/汽缸單元
37‧‧‧底壁
38‧‧‧側壁
39‧‧‧推桿
40‧‧‧止動板
41a‧‧‧開口
41b‧‧‧門
42‧‧‧隔離體
43‧‧‧隔離體
44‧‧‧架座
45‧‧‧隔離體
46‧‧‧管道
47‧‧‧產生器側電感器
48‧‧‧工具側電感器
49‧‧‧工具側電容器
50‧‧‧工具諧振電路
51‧‧‧產生器側電容器
52‧‧‧產生器諧振電路
53‧‧‧量測電容器
54‧‧‧同軸線
55‧‧‧電壓計
56‧‧‧二極體
57‧‧‧控制設備
58‧‧‧電感器
59‧‧‧隔離電容器
60‧‧‧遞送單元
61‧‧‧上遞送區段
62‧‧‧下遞送區段
63‧‧‧升降設備
64‧‧‧升降設備
65‧‧‧遞送方向
66‧‧‧脫模站
67‧‧‧安插站
68‧‧‧填充站
69‧‧‧熔結站
70‧‧‧冷卻區段
71‧‧‧模製工具儲存系統
72‧‧‧關閉機構
基於以下的繪圖來更詳細地解釋本發明。該繪圖示意性地示於以下圖式中：
圖1為用於製造粒子泡沫元件的裝置的實施例；
圖2a、2b為處於部分開啟位置下（圖2a）及處於關閉位置下（圖2b）的各別的模製工具的截面圖；
圖3為適於製造大體積的粒子泡沫元件（舉例而言，例如絕緣板）的模製工具的截面圖；
圖4為形成可調諧的諧振電路的電磁輻射產生器以及模製工具的電路圖；及
圖5為用於控制電源的控制設備的電路圖；及
圖6為用於製造粒子泡沫元件的裝置的實施例的透視圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (34)

  1. 一種用於製造一粒子泡沫元件的裝置，包括： 一模製工具，限定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的一輻射源，其中用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及 該模製工具是由至少兩個模製半部所形成的，其中該兩個模製半部中的至少一者是由一導電材料製作的且形成該等電容器極板中的一者。
  2. 如請求項1所述的裝置， 其中 兩個模製半部是由一導電材料製作的，各個模製半部形成該等電容器極板中的一者，其中至少在該兩個模製半部彼此接觸的區域中佈置了用於將該兩個模製半部電絕緣的一絕緣層。
  3. 如請求項1所述的裝置， 其中 該至少一個導電模製半部被提供為在其限定該模製空間的側具有一塑膠塗料。
  4. 如請求項3所述的裝置， 其中 該塑膠塗料具有1 cm的一最大厚度。
  5. 如請求項3所述的裝置， 其中 該塑膠塗料是由不透明於電磁輻射的一材料製作的。
  6. 如請求項1所述的裝置， 其中 一負載注入器耦接到該至少一個導電模製半部，其中該導電模製半部及該負載注入器電連接到接地。
  7. 如請求項1所述的裝置， 其中 該電磁輻射是一RF輻射。
  8. 一種用於製造一粒子泡沫元件的裝置，包括： 一模製工具，限定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的一輻射源，其中用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及 其中該模製工具是由至少兩個模製半部所形成的，其中該等模製半部中的一者具有用於饋送泡沫粒子的一通路開口及/或用於排放空氣的一通路開口，其中該通路開口在該模製工具處於關閉狀態時被另一模製半部覆蓋。
  9. 如請求項8所述的裝置， 其中 在該通路開口處，為了饋送泡沫粒子，並未提供用於關閉該通路開口的額外關閉機構，且該通路開口僅可由另一模製半部關閉。
  10. 一種用於製造一粒子泡沫元件的裝置，包括： 一模製工具，限定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的一輻射源，其中用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及 其中該模製工具是由至少兩個模製半部所形成的，其中該等模製半部中的至少一者是由一非導電材料製作的且具有用於允許空氣散逸的一脫氣口，其中該脫氣口與該模製空間同平面，其中該脫氣插件是由一非導電材料製作的或被佈置為與該等電容器極板大約平行。
  11. 如請求項10所述的裝置， 其中 該模製半部包括若干個此類脫氣口。
  12. 一種用於製造一粒子泡沫元件的裝置，包括： 一模製工具，限定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的一輻射源，其中用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及 該等模製半部中的一者固定到該等電容器極板中的至少一者，且所述電容器極板藉由可經受壓縮作用的若干隔離體來固定到一外殼，其中該等隔離體中的至少一者被佈置在該電容器極板的一後側處，且一進一步的隔離體被佈置在該電容器極板的一前側處，使得在開啟及關閉該模製工具的期間兩者，該等隔離體僅經受壓力而不經受張力。
  13. 如請求項12所述的裝置， 其中 至少一個進一步的隔離體被提供為用於固持該等電容器極板中的一者，其中所述進一步的隔離體以分別與該模製工具的開啟或關閉方向橫切的方向延伸。
  14. 如請求項12所述的裝置， 其中 該至少一個電容器極板電連接到用於電磁輻射的該輻射源，且該輻射源被調適為使得具有至少1 kV的一幅度的電磁波被施加到該電容器極板。
  15. 一種用於製造一粒子泡沫元件的裝置，包括： 一模製工具，限定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了形成一工具電容器的至少兩個電容器極板，且該等電容器極板連接到用於電磁輻射的一輻射源，其中用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及其中 提供了用於量測該工具電容器處的電壓的一電壓計，其中該電壓計連接到用於基於所量測到的電壓來控制電力的一控制設備。
  16. 如請求項15所述的裝置， 其中 一分壓器由形成一串聯連接的一隔離電容器及一量測電容器所形成，該串聯連接與該工具電容器並聯，其中該電壓計分接在該量測電容器處所施加的電壓。
  17. 如請求項16所述的裝置， 其中 一二極體與該量測電容器並聯。
  18. 一種用於製造一粒子泡沫元件的裝置，包括： 一模製工具，限定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的一輻射源，其中用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及 其中該電磁輻射源形成一產生器諧振電路，且用於引導該等電磁波的管道以及包封該模製空間的該電容器形成一工具諧振電路，其中該兩個諧振電路中的至少一者可藉由改變一電感率或一電容量來調諧，提供了一控制設備，該控制設備被配置為使得從該產生器諧振電路到該工具諧振電路進行的電力供應是藉由調諧該可調諧的諧振電路來控制的。
  19. 如請求項18所述的裝置， 其中 該電磁輻射是一RF輻射。
  20. 如請求項18所述的裝置， 其中 該兩個電容器極板中的一者電連接到接地。
  21. 一種用於製造一粒子泡沫元件的裝置，包括：一模製工具，限定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的一輻射源，其中用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及 該模製工具是由至少兩個模製半部所形成的，其中該兩個模製半部中的至少一者是至少部分地由一複合材料所形成的，該複合材料具有由塑膠所形成的一矩陣材料及嵌入在該矩陣材料中的主體，其中該等嵌入體相較於該塑膠矩陣材料更佳地導熱。
  22. 如請求項21所述的裝置， 其中 該等嵌入體為粒子或纖維。
  23. 如請求項21所述的裝置， 其中 該等嵌入體是由矽砂、一陶瓷材料、氧化鋁或氮化鋁、玻璃粒、玻料、碳化矽及/或氧化鎂製作的。
  24. 如請求項21所述的裝置， 其中
  25. 在其界定該模製空間的側上，該模製半部被提供為具有一塗料，該塗料相較於該複合材料較佳地吸收RF輻射。一種用於製造一粒子泡沫元件的裝置，包括： 一模製工具，限定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的一輻射源，其中用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及 該模製工具是由至少兩個模製半部所形成的，其中該兩個模製半部中的至少一者在其界定該模製空間的側上被提供為具有吸收不同強度的電磁輻射的區域，使得在施加電磁輻射之後，吸收較強電磁輻射的該區域被加熱到使得在此區域中，一粒子泡沫元件的一表面相較於在其餘區域中被更強地熔化。
  26. 一種用於製造一粒子泡沫元件的裝置，包括： 一模製工具，限定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的一輻射源，其中用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及 該模製工具被提供為具有冷卻肋。
  27. 如請求項26所述的裝置， 其中 該模製工具具有兩個模製半部，該等模製半部可藉由一沖床來壓在一起以形成該模製空間，其中各個模製半部具有一壓面，該沖床可作用在該壓面上，且該等冷卻肋在各個壓面外面的區域處形成於該等模製半部上。
  28. 一種用於製造一粒子泡沫元件的裝置，包括： 一模製工具，限定一模製空間，其中在該模製空間附近佈置了至少兩個電容器極板，該等電容器極板連接到用於電磁輻射的一輻射源，其中用於電磁輻射的該輻射源被調適為用於發射電磁輻射；及 該裝置包括若干工作站，若干模製工具藉由一遞送單元來在該等工作站之間在一迴路中移動，且其中至少提供了以下的工作站： - 一填充站，在該填充站處，該模製工具被填以泡沫粒子； - 一熔結站，在該熔結站處，該模製工具中存在的該等泡沫粒子藉由電磁輻射來熔結； - 至少一個或若干個冷卻站，用於冷卻該經熔結的粒子泡沫元件；及 - 一脫模站。
  29. 如請求項28所述的裝置， 其中 該遞送單元是以一循環流移動該等模製工具的一遞送單元。
  30. 如請求項28所述的裝置， 其中 沿著該遞送單元提供了一冷卻區，其中該冷卻區可同時接納若干模製工具。
  31. 一種用於製造一粒子泡沫元件的方法，包括以下步驟： 填充一模製空間（14）； 熔結泡沫粒子；及 脫模； 其中該模製工具具有兩個模製半部，且該等模製半部被佈置為用於在一裂隙位置下填充該模製工具，在該裂隙位置下，該等模製半部相較於一關閉位置彼此略為隔開，且在以裝填在該等模製半部中的該等泡沫粒子進行熔結之前將該等模製半部壓在一起， 其中在填充該模製工具時，該等模製半部相較於該關閉位置在某些區域中以不同的距離隔開，使得在壓在一起之後，該等模製半部在某些區域中以不同的距離移動在一起。
  32. 如請求項31所述的方法， 其中 在將兩個模製半部從該裂隙位置移動在一起而到該關閉位置下時，該兩個模製半部中的一者圍繞一偏心佈置的旋轉軸樞轉。
  33. 如請求項31所述的方法， 其中 該兩個模製半部中的至少一者是由兩個單獨的部件製作的，該等部件相較於該關閉位置在該裂隙位置下呈現了一不同的間距。
  34. 一種用於製造一粒子泡沫元件的方法，包括以下步驟： 將一模製空間填以泡沫粒子； 透過施加電磁輻射來熔結該等泡沫粒子；及 脫模； 其中使用了如請求項1到30中的任一者所述的裝置。
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