WO1994009973A1 - Verfahren zum herstellen von formkörpern aus geschäumten kunststoff und form zur ausübung dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zum herstellen von formkörpern aus geschäumten kunststoff und form zur ausübung dieses verfahrens Download PDF

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mold cavity
vacuum
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Erhard Konrad Behl
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Ph. Kurtz Eisenhammer Gmbh & Co.
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    • B29C44/58—Moulds

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing molded articles from foamed plastic and to a mold for carrying out this method.
  • a disadvantage is the low packing density of the EPS beads and the necessary process step "rinsing with steam" before cross-steaming.
  • pressure filling due to denser packing requires fewer filling injectors.
  • the mold is usually cooled using cooling water to cool and stabilize the foamed material.
  • the so-called condensation cooling is also mentioned, in which cold cooling water is injected into the steam chamber surrounding the mold, thereby producing a negative pressure of approximately 0.2 to 0.4 bar.
  • condensation cooling moldings with a low residual moisture content of about 4 to 5 percent by weight are achieved.
  • De-molding and ejection are supported in the usual way, for example with ejectors.
  • the present invention has for its object to provide a method and a suitable form with which or with the molded body from foamed foam can be produced inexpensively with low vacuum and steam requirements and which also have a very low residual moisture.
  • this causes cooling of the foamed molded body and, on the other hand, the removal of moisture from the molded body, so that a rapid "stabilization of the foamed molded body and a low residual moisture content of the latter is obtained residue-free demoulding possible.
  • the entirety of the process steps used therefore results in high energy savings of up to 70% compared to known foaming processes and thus enables production plants with a lower installed output and a shorter cycle time to be used to produce very dry foam moldings.
  • the object on which the invention is based is also achieved with the features of the present claim 12, it being important that, in addition to the mold parts for the actual shape, no additional chambers are provided for the actual shape, in order to increase steam. for evacuation and also to avoid a special cooling medium.
  • Fig. 1 is a control plan with a form for
  • FIG. 2 shows a view of the outside of the mold provided with a filling injector
  • Fig. 4 is an enlarged section of the tool shown in Fig. 1 with the intended ejection pushes.
  • 1 denotes a mold consisting of two mold parts 2 and 3, which is shown in cross section in the closed state. It forms a mold cavity 5 filled with a molded body 4 made of foamed plastic, for example made of expandable polystyrene, made of expandable copolymers of polystyrene or polyethylene or made of expandable polymethylene methacrylate.
  • the mold part 2 is provided with a filling injector 6 which opens into a filling opening 7 of the same. Furthermore, the mold part 2 has openings 8 which are connected to a first distributor 9. Likewise, the mold part 3 has openings 10 in the region of the mold cavity 5 and a plurality of openings 11 which are provided in the region outside the mold cavity 5 and which are connected to the separation points 12 between the two mold parts 2, 3.
  • the openings 10, 11 are connected to a second distributor 13.
  • the distributors 9 and 13 are each connected via a valve V 4.02 or V 4.01 to a vacuum container 14 which is connected to a central vacuum device or to a vacuum pump.
  • An atomizer 15 is provided in the vacuum container 14 and is connected to a water line 16 via a valve V 3.21.
  • the distributors 9 and 13 are also connected via a valve V 2.02 or V 2.01 to a compressed air line 17 and via a valve V 1.02 or V 1.01 to a steam line 18.
  • the walls 19 and 20 of the mold parts 2, 3 facing the mold cavity 5 are made of poorly heat-conductive material with an approximately 0.3 mm to 4 mm, in particular approximately 0.5 mm to 3 mm thick mold wall layer 21 (see FIGS. 1 a and 4) Provide material.
  • This molded wall layer 21 can consist, for example, of a glaze, of enamel, of plastic, in particular of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyesterimide, polyimide or the like.
  • This mold wall layer 21 also covers the surfaces 22 of the ejection plungers 23 facing the mold cavity 5, as illustrated in FIG. 4.
  • the ejecting plungers 23 can be driven hydraulically, pneumatically or mechanically.
  • the remaining parts of the mold parts 2, 3, 23 consist of metal, for example aluminum, steel, steel alloys or the like.
  • the layer thickness of the mold wall layer 21 and the thickness of the metal for the other parts of the mold 1 are chosen so that, on the one hand, when admitting There is practically no condensation of steam on the inner mold wall layers 21 and that, on the other hand, during the process sequence on the outer sides of the mold parts 2 or 3 with pure air cooling, that is to say without any special or additional coolant application, a surface temperature of at most approximately between 50 ° and 70 ° C. , in particular from about 55 ° to 60 ° C, occurs.
  • the mold parts 2, 3, 23 can also consist of a correspondingly coordinated plastic, that is to say they can be formed in one piece.
  • a heat-resistant particle with good heat-conducting particles and / or Fibers, for example made of metal, with cast resin are used, with which thermally, ie with respect to the surface temperature of the mold parts 2, 3, comparable conditions occur, as described above.
  • the outer contours of these mold parts 2, 3 can be designed in such a way that the surface temperature of mold 1 of 50 ° to 70 ° C., which is considered advantageous, is achieved.
  • they can be ribbed or otherwise be provided with an irregular surface, which is easily possible by means of casting technology.
  • the two-part or multi-part form 1 is closed in rapid traverse and shortly before the closed position in creep. Subsequently, by opening the valves V 4.02 and V 4.01, a vacuum is applied within the mold cavity 5 and this is set to a value of at least about 0.05 to 0.1 bar. Likewise, a corresponding negative pressure is applied to the separation points 12 from the outside via the openings 11.
  • an expandable granulate is filled into the mold cavity 5 with an overpressure of approximately 1.0 to 2.0 bar via the filling injector 6. Due to the negative pressure present in the mold cavity 5 and due to the filling excess pressure, a achieved very fast and uniform filling of the mold cavity 5 with a largely homogeneous packing density.
  • V 4.01 and V 4.02 opened for the application of vacuum and by opening the valve V 1.02 steam is admitted into the distributor 9 via the steam line 18, the remaining air in the pipe system through the vacuum valve
  • V 4.02 is flushed into the vacuum container 14.
  • the vacuum valve V 4.02 then closes and the steam is let into the filled mold cavity 5.
  • the vacuum valve V 1.01 steam is admitted into the distributor 13, any air residues still present in the pipe system being flushed into the vacuum container 14 through the vacuum valve V 4.01.
  • the vacuum valve V 4.01 also closes and the steam is led to the openings 10, 11 at approximately 120 degrees Celsius and approximately 1 bar (gauge pressure).
  • a vapor pressure with a temperature corresponding to the softening temperature of the granules is built up in the mold cavity 5, the vapor condensing on the granules and the condensation energy being released to the granules.
  • the granulate expands to a shaped body 4, which completely fills the mold cavity 5 and the surface of which is open-pore.
  • valves V 4.02 and V 4.01 are closed and then the mold 1 or the mold parts 2, 3 are opened first in the creep speed and then in the rapid speed, and the foam molded article 4 is then preferably opened by opening the valves V 2.02 and V 2.01 Support by compressed air is expelled by means of the ejector plunger 23.
  • a temperature of at most about 50 ° to 70 ° C., in particular of about 55 ° to 60 ° C., is obtained on the outer surface of the mold by the targeted matching of the molding material or the molding and layer material 2, 3 or 21, without the need to cool the Form 1 with additional coolant.
  • the above-described method according to the invention gives very stable, dry molded bodies 4 in the case of short working cycles, without the mold 1 having to be surrounded by special steam or vacuum chambers. Vacuum and steam thus reach the mold cavity 5, without energy, using the shortest possible route that additional air volumes have to be evacuated or heated.
  • the surface of the mold wall layers 21, which form the inner walls of the mold cavity 5 can have grooves opening into one or more openings of approximately 0.1 mm to 0.3 mm wide and approximately 0.5 mm to 1 , 0 mm depth. This enables accelerated evacuation and superheated steam charging, thus further shortening the manufacturing cycle.
  • Surfaces or layers made of poorly heat-conductive material are understood to mean plastics or plastic layers with a lower thermal conductivity than 0.25 W / mK.
  • the mold cavity 5 corresponds in volume to the molded body 4, ie the air volume in the mold cavity 5 is kept as low as possible.
  • the steam is introduced directly and in the shortest possible way into the two-part or multi-part mold 1. This ensures that the condensation of the steam around the shaped body 4 can be kept to a minimum. It is favorable that the molded body 4 is given an open-pore surface due to the design of the inner walls or molded wall layers 21 of the mold parts 2, 3, which enables a rapid reduction in pressure of the molded body 4, which is under internal pressure, during the stabilization phase from the inside to the outside.
  • the energy saving of up to 70% mentioned as particularly advantageous is based on the minimal heating of the two-part or multi-part mold due to the insulation measures provided or the mold being produced from poorly heat-conductive material.
  • the steam valve V 1.02 is already opened when the vacuum valves V 4.01 and V 4.02 are still open, with the effect of rinsing out the air volumes remaining in the distributor or in the line system 9 accordingly.
  • At least one vacuum and / or steam connection can be provided on several or on all mold parts.
  • the vaporization of the molded body 4 takes place - as usual - with dry steam (saturated steam) at about 120 ° C and about 1 bar overpressure.
  • Shaped bodies 4 produced using the method according to the invention and the molding tool according to the invention have a residual moisture of at most only 3 percent by weight.

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers aus geschäumtem Kunststoff ist so ausgestaltet, daß der Formkörper bei geringem Vakuum- und Dampfbedarf herstellbar ist und eine sehr geringe Restfeuchte besitzt. Dies wird dadurch erreicht, daß eine Form verwendet wird, deren den Formhohlraum bildende Wände selbst aus schlecht wärmeleitfähigem Material bestehen oder entsprechend beschichtet sind, daß der Formhohlraum zunächst evakuiert, das expandierbare Granulat mit Überdruck in die evakuierte Form gefüllt und nach dem Füllvorgang in die evakuierte Form Dampf eingelassen wird. Nach dem Abschalten des Dampfdruckes wird der Formhohlraum erneut evakuiert und es wird das Vakuum während der Stabilisierungsphase aufrechterhalten. Nach der Stabilisierungsphase wird die Form geöffnet und der Formkörper mittels Überdruck ausgestoßen.

Description

Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus geschäumtem Kunststoff und Form zur
Ausübung dieses Verfahrens
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus geschäumtem Kunststoff und auf eine Form zur Ausübung dieses Verfahrens.
Ein derartiges Verfahren zum Herstellen vom Foπnkörpern aus geschäumtem Kunststoff ist in dem DE-Buch: "Expandierbares Polystyrol (EPS)", Reihe Kunststofftechnik, VDI-Verlag, Düsseldorf 1984, Seiten 99 bis 103 beschrieben. Dort ist ausgeführt, daß der Füllvorgang mit Granulat aus schäumbarem Polystyrol durch Vakuumfüllen durchgeführt werden kann. Hierzu wird der Formhohlraum vor dem Füllen evakuiert und anschließend das Füllventil geöffnet. Als Vorteile des Vakuumfüllens werden angegeben: Ersparnis an Fülluft, Füllen ohne Crack-Spalt mit entsprechender Materialersparnis, Verkürzung der Füllzeit und keine Luft zwischen den Parlen, die durch Dampf ausgetrieben oder erwärmt werden muß, was eine Dampfersparnis vermuten läßt.
Als nachteilig werden eine geringe Packungsdichte der EPS- Perlen und der dadurch notwendige Verfahrensschritt "Spülen mit Dampf" vor dem Querbedampfen angegeben. Außerdem ergibt sich eine weniger schöne Oberfläche und in der Regel eine geringere Qualität als beim Druckfüllen. Deshalb wird dem Druckfüllen der Vorzug gegeben, zumal dadurch eine Vakuumpumpe mit weitaus geringerer Leistung vorgesehen werden muß. Außerdem kommt man beim Druckfüllen infolge dichterer Packung mit weniger Füllinjektoren aus.
Nach dem Druckfüllen wird vorgeschlagen, eine Vakuumspülung zum Absaugen der Luft zwischen den Perlen anstelle einer Dampfspülung durchzuführen. Beim anschließenden Querbedεαnpfen kann dann der Dampf besser zwischen den Perlen hindurchströmen und seine Wärme an diese abgeben. Hierdurch wird eine Dampfersparnis erreicht. Anschließend wird die Bedampfung in bekannter Weise durchgeführt.
Zur Abkühlung und Stabilisierung des ausgeschäumten Materials wird die Form üblicherweise mittels Kühlwasser abgekühlt. Genannt ist auch die sogenannte Kondensationskühlung, bei der in die die Form umgebende Dampfkammer kaltes Kühlwasser eingespritzt wird und dadurch ein Unterdrück von etwa 0,2 bis 0,4 bar erzeugt wird. Bei Anwendung der Kondensationskühlung werden Formkörper mit geringer Restfeuchte von etwa 4 bis 5 Gewichtsprozent erreicht.
Das Entformen und Auswerfen wird in üblicher Weise, beispielsweise mit Ausstoßern, unterstützt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine dafür geeignete Form anzugeben, mit dem bzw. mit der Formkörper aus geschäumtem Schaumstoff kostengünstig bei geringem Vakuum- und Dampfbedarf hergestellt werden können und die ferner eine sehr geringe Restfeuchte besitzen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des An¬ spruches 1. Überraschenderweise wird durch die gleichzeitige Anwendung der bei der Vakuum- und Druckfülltechnik in Verbindung mit der Kondensationskühlung zur Anwendung gelangenden Verfahrensschritte eine erhebliche Energieeinsparung, insbesondere durch einen geringeren Dampfeinsatz und dem Entfallen besonderer Kühlmedien erreicht. Durch die Anwendung von Vakuum vor dem Füllvorgang und dem Füllen mittels Druckluft wird eine sehr intensive Füllung bei gleichmäßiger Fülldichte innerhalb sehr kurzer Zeit erreicht.
Durch das Einlassen des Dampfes unmittelbar in den evakuierten Formhohlraum ohne das übliche Beaufschlagen der die Form umgebenden Kammern mit diesem Dampf bleibt der Dampfzustand erhalten und es wird daher eine gleichmäßige Verteilung des Dampfes in der Form erreicht, wobei eine Kondensation des Dampfes an den schlecht wärmeleitenden Forminnenwänden bzw. an den schlecht wärmeleitenden Formwandschichten weitestgehend vermieden wird. Beim direkten Beschicken der Form mit Dampf erfolgt eine gleichmäßige Kondensation des Dampfes und daher eine intensive Energieabgabe an das während dieses Verfahrensschrittes ausschäumenc3 Granulat. Bei der anschließenden erneuten Evakuierung der Form mit dem darin befindlichen Formkörper verdampft das Kondensat des Dampfes. Dadurch wird einerseits eine Kühlung des geschäumten Formkörpers und andererseits der Entzug von Feuchtigkeit am Formkörper bewirkt, so daß eine schnelle "Stabilisierung des geschäumten Formkörpers und eine geringe Restfeuchte desselben erhalten wird. Schließlich ist durch den Ausstoß des geschäumten Formkörpers mit Unterstützung von Druckluft eine schnelle und rückstandslose Entformung möglich. Die Gesamtheit der angewendeten Verfahrensschritte bedingt daher gegenüber bekannten Schäumungsverfahren eine hohe Energieersparnis bis zu 70% und ermöglicht damit Fertigungsanlagen mit geringerer installierter Leistung bei verkürzter Zykluszeit zum Herstellen von sehr trockenen Schaumstoff-Formkörpern einzusetzen.
Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, auch mit den Merkmalen des gegenständlichen Anspruches 12, wobei wichtig ist, daß neben den Formwerkzeugteilen für die eigentliche Form keinerlei die Form nach außen hin umgebende, zusätzliche Kammern vorgesehen sind, um.einen zusätzlichen Aufwand an Dampf, für die Evakuierung sowie auch um ein besonderes Kühlmedium zu vermeiden.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Steuerungsplan mit einer Form zur
Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 1 a als Einzelheit einen Ausschnitt des einen von zwei Formwerkzeugteilen mit einer wärmeisolierenden Innenschicht,
Fig. 2 eine Ansicht der mit einem Füllinjektor ver¬ sehenen Außenseite der Form,
Fig. 3 die der Außenseite der Fig. 2 gegenüber¬ liegende Innenseite der Form und
Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Werkzeugs mit den vorgesehenen Auswerfstößein. In Fig. 1 ist mit 1 eine aus zwei Formwerkzeugteilen 2 bzw. 3 bestehende Form bezeichnet, die im Querschnitt in geschlossenem Zustand dargestellt ist. Sie bildet einen mit einem Formkörper 4 aus geschäumtem Kunststoff, beispielsweise aus expandierbarem Polystyrol, aus expandierbaren Copolymerisaten aus Polystyrol oder Polyäthylen oder aus expandierbarem Polymethylenmethacrylat, ausgefüllten Formhohlraum 5.
Das Formwerkzeugteil 2 ist mit einem Füllinjektor 6 versehen, der in eine Füllöffnung 7 desselben mündet. Weiterhin besitzt das Formwerkzeugteil 2 Öffnungen 8, die an einen ersten Verteiler 9 angeschlossen sind. Ebenso besitzt das Formwerkzeugteil 3 Öffnungen 10 im Bereich des Formhohlraumes 5 und eine Mehrzahl von Öffnungen 11, die im Bereich außerhalb des Formhohlraums 5 vorgesehen sind und die mit den Trennstellen 12 zwischen den beiden Formwerkzeugteilen 2, 3 in Verbindung stehen.
Sofern das Volumen der Trennstellen 12 für die Bedampfung und/oder für das Evakuieren nicht ausreichend sein sollte, können zusätzliche, mit den Trennstellen 12 in Verbindung stehende Erweiterungen 12a vorgesehen sein.
Die Öffnungen 10, 11 sind an einen zweiten Verteiler 13 angeschlossen.
Die Verteiler 9 bzw. 13 sind über je ein Ventil V 4.02 bzw. V 4.01 mit einem Unterdruckbehälter 14 verbunden, der an eine Zentralvakuumeinrichtung oder an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist. Im Unterdruckbehälter 14 ist ein Zerstäuber 15 vorgesehen, der über ein Ventil V 3.21 mit einer Wasserleitung 16 verbunden ist. Die Verteiler 9 bzw. 13 sind außerdem über je ein Ventil V 2.02 bzw. V 2.01 mit einer Druckluftleitung 17 und über je ein Ventil V 1.02 bzw. V 1.01 mit einer Dampfleitung 18 verbunden.
Die dem Formhohlraum 5 zugewandten Wandungen 19 bzw. 20 der Formwerkzeugteile 2, 3 sind mit einer etwa 0,3 mm bis 4 mm, insbesondere etwa 0,5 mm bis 3 mm dicken Formwandschicht 21 (siehe Fig. la und 4) aus schlecht wärmeleitfähigem Material versehen. Diese Formwandschicht 21 kann beispielsweise aus einer Glasur, aus Email, aus Kunststoff, insbesondere aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyesterimid, Polyimid oder dgl., bestehen. Diese Formwandschicht 21 bedeckt auch die dem Formhohlraum 5 zugewandten Oberflächen 22 der AuswerfStößel 23, wie in Fig. 4 veranschaulicht ist. Die AuswerfStößel 23 können hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch angetrieben sein. Die übrigen Teile der Formwerkzeugteile 2, 3, 23 bestehen aus Metall, beispielsweise aus Aluminium, Stahl, Stahllegierungen oder dgl.. Die Schichtdicke der Formwandschicht 21 und die Dicke des Metalls für die übrigen Teile der Form 1 werden so gewählt, daß einerseits beim Einlassen von Dampf praktisch keine Kondensation an den innenliegenden Formwandschichten 21 erfolgt und daß andererseits während des Prozeßablaufes an den Außenseiten der Formwerkzeugteile 2 bzw. 3 bei reiner Luftkühlung, also ohne besondere bzw. zusätzliche Kühlmittelanwendung, eine Oberflächentemperatur von höchstens etwa zwischen 50° bis 70°C, insbesondere von etwa 55° bis 60°C, auftritt.
Die Formwerkzeugteile 2, 3, 23 können auch aus einem entsprechend abgestimmten Kunststoff bestehen, d.h. jeweils einteilig ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein hitzebeständiger, mit gut wärmeleitenden Partikeln und/oder Fasern, beispielsweise aus Metall, versetztes Gießharz verwendet werden, mit dem sich thermisch, d.h. hinsichtlich der Oberflächentemperatur der Formwerkzeugteile 2, 3 vergleichbare Verhältnisse einstellen, wie vorstehend beschrieben.
Gegebenenfalls können insbesondere bei Formwerkzeugteilen 2, 3 aus Kunststoff die Außenkonturen dieser Formwerkzeugteile 2, 3 so gestaltet sein, daß die als vorteilhaft angesehene Oberflächentemperatur der Form 1 von 50° bis 70°C erreicht wird. Sie können beispielsweise gerippt oder auf andere Art und Weise mit einer unregelmäßigen Oberfläche versehen sein, was durch gießtechnische Maßnahmen ohne weiteres möglich ist.
Der Verfahrensprozeß zum Herstellen eines formstabilen Formkörpers 4 aus geschäumtem Kunststoff, insbesondere aus expandierbarem Polystyrol, läuft folgendermaßen ab:
Zunächst wird die - wie dargestellt - zweiteilige oder auch mehrteilige Form 1, wie bekannt, im Eilgang und kurz vor der Schließstellung im Kriechgang geschlossen. Anschließend wird durch Öffnen der Ventile V 4.02 und V 4.01 innerhalb des Formhohlraums 5 Unterdruck angelegt und dieser auf einen Wert von mindestens etwa 0,05 bis 0,1 bar eingestellt. Ebenso wird über die Öffnungen 11 von außen her ein entsprechender Unterdruck an die Trennstellen 12 gelegt.
Nachdem der gewünschte Unterdruck im Formhohlraum 5 erreicht ist, wird über den Füllinjektor 6 ein expandierbares Granulat mit einem Überdruck von etwa 1,0 bis 2,0 bar in den Formhohlraum 5 gefüllt. Durch den im Formhohlraum 5 vorhandenen Unterdruck und durch den Füllüberdruck wird eine sehr schnelle und gleichmäßige Füllung des Formhohlraums 5 mit weitestgehend homogener Packungsdichte erreicht.
Nach dem Schließen des Füllinjektors 6 bleiben die Ventile
V 4.01 und V 4.02 für die Anlegung von Unterdruck geöffnet und durch Öffnen des Ventils V 1.02 wird über die Dampfleitung 18 Dampf in den Verteiler 9 eingelassen, wobei die restliche Luft im Rohrsystem durch das Unterdruckventil
V 4.02 in den Unterdruckbehälter 14 gespült wird. Danach schließt das Unterdruckventil V 4.02 und der Dampf wird in den gefüllten Formhohlraum 5 eingelassen. Es kommt zu einem Spüleffekt durch Bedampfung, wobei die Luftreste in den Zwickelvolumina des Granulats über das Rohrsystem in den Verteiler 13 und über das Unterdruckventil V 4.01 in den Unterdruckbehälter 14 gespült werden. Anschließend wird durch Öffnen des Ventils V 1.01 Dampf in den Verteiler 13 eingelassen, wobei noch möglicherweise vorhandene Luftreste im Rohrsystem durch das Unterdruckventil V 4.01 in den Unterdruckbehälter 14 gespült werden. Danach schließt auch das Unterdruckventil V 4.01 und der Dampf wird mit etwa 120 Grad Celsius und etwa 1 bar (Überdruck) zu den Öffnungen 10, 11 geführt. Dadurch wird im Formhohlraum 5 ein Dampfdruck mit einer Temperatur entsprechend der Erweichungstemperatur des Granulats aufgebaut, wobei der Dampf auf dem Granulat kondensiert und die Kondensationsenergie an das Granulat abgegeben wird. Dabei expandiert das Granulat zu einem Formkörper 4, der den Formhohlraum 5 vollständig ausfüllt und dessen Oberfläche offenporig ausgebildet ist.
Nach dem Expansionsvorgang werden die Ventile V 2.02 und
V 2.01 geschlossen und die Ventile V 4.02 und V 4.01 wieder geöffnet. Dadurch entsteht im Formhohlraum 5 erneut ein Unterdruck. Dieser bewirkt, daß das Kondensat wieder in den dampfförmigen Zustand übergeht und eine Kühlung des Formkörpers 4 eintritt, da die Verdampfungswärme dem Formkörper 4 entzogen und durch den Unterdruck umgehend abgeführt wird. Dieser Zustand wird während der Stabilisierungsphase, das heißt während der Zeit, in der der Formkörper 4 seine endgültige Form annimmt, die er auch nach dem Entformen beibehält, aufrechterhalten. Hiernach werden die Ventile V 4.02 und V 4.01 geschlossen und dann die Form 1 bzw. die Formwerkzeugteile 2, 3 zunächst im Kriechgang und dann im Eilgang geöffnet und es wird dann durch Öffnen der Ventile V 2.02 und V 2.01 der Schaumstoff-Formkörper 4 bevorzugt mit Unterstützung durch Druckluft mittels der AuswerfStößel 23 ausgestoßen.
Während dieses Prozesses wird durch die gezielte Abstimmung des Formmaterials oder des Form- und Schichtmaterials 2 , 3 bzw. 21 an der Außenoberfläche der Form eine Temperatur von höchstens etwa 50° bis 70° C, insbesondere von etwa 55° bis 60° C erhalten, ohne daß eine Kühlung der Form 1 durch zusätzliche Kühlmittel notwendig ist.
Um beim Kühlen des Formkörpers 4 durch Anlegen des Vakuums während der Stabilisierungsphase eine schnellere Unterdruckerzeugung zu erreichen, wird während dieser Zeit in den Unterdruckbehälter 14 durch Öffnen des Ventils V 3.21 kaltes Wasser über den Zerstäuber 15 eingesprüht. Hierdurch erfolgt erneut eine Kondensation des abgesaugten Dampfes.
Durch das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren erhält man bei kurzen Arbeitszyklen sehr formstabile, trockene Formkörper 4, ohne daß die Form 1 von besonderen Dampf- oder Unterdruckkammern umgeben sein muß. Vakuum und Dampf gelangen also jeweils auf kürzestem Weg äußerst energiesparend ausschließlich in den Formhohlraum 5, ohne daß zusätzliche Luftvolumina evakuiert bzw. erhitzt werden müssen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Oberfläche der Formwandschichten 21, die die Innenwandungen des Formhohlraums 5 bilden, mit in eine oder mehrere Öffnungen mündenden Nuten von etwa 0,1 mm bis 0,3 mm Breite und etwa 0,5 mm bis 1,0 mm Tiefe versehen sein. Hierdurch ist eine beschleunigte Evakuierung und Heißdampfbeschickung möglich und damit eine weitere Verkürzung des Fertigungszyklus gegeben.
Als Oberflächen bzw. Schichten aus schlecht wärmeleitfähigem Material sind Kunststoffe bzw. Kunststoffschichten mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit als 0,25 W/mK zu verstehen.
Bei dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren entspricht der Formhohlraum 5 volumenmäßig dem Formkörper 4, d.h. das Luftvolumen im Formhohlraum 5 ist so gering wie möglich gehalten. Der Dampf wird direkt und auf kürzestem Wege in die zwei- oder mehrteilige Form 1 eingeleitet. Dadurch ist sichergestellt, daß die Kondensation des Dampfes an der Umgebung des Formkörpers 4 auf ein Minimum gehalten werden kann. Günstig ist, daß der Formkörper 4 aufgrund der Ausgestaltung der innenliegenden Wandungen bzw. Formwandschichten 21 der Formwerkzeugteile 2, 3 eine offenporige Oberfläche erhält, die einen schnellen Druckabbau des unter einem inneren Überdruck stehenden Formkörpers 4 während der Stabilisierungsphase von innen nach außen ermöglicht. Die als besonders vorteilhaft angesprochene Energieeinsparung bis zu 70% beruht auf der minimalen Aufheizung der zwei- bzw. mehrteiligen Form aufgrund der vorgesehenen Isoliermaßnahmen bzw. Herstellung der Form aus schlecht wärmeleitfähigem Material. Zu dieser hohen Energieeinsparung trägt insbesondere auch bei, daß das Dampfventil V 1.02 bereits bei noch geöffneten Unterdruckventilen V 4.01 und V 4.02 geöffnet wird und zwar mit der Wirkung, die im Verteiler bzw. im Leitungssystem 9 verbliebenen Luftvolumina entsprechend auszuspülen.
Auch trägt zu dieser hohen Energieeinsparung bei, daß kurze Zeit nach dem Beginn der Bedampfung, d.h. nach etwa einer Sekunde oder nur wenig mehr, das Unterdruckventil V 4.02 geschlossen und bei weiterer Dampfzufuhr über das Dampfventil V 1.02 die erwähnte Bedampfung des Formhohlraums 5 eingeleitet und dadurch die restliche Luft aus den Zwickelvolumina des Granulats ausgespült wird.
Schließlich ist es für eine günstige Energiebilanz auch vorteilhaft, wenn das Dampfventil V 1.01 bei noch geöffnetem Unterdruckventil V 4.01 geöffnet wird, um die restliche Luft im Verteiler bzw. im Leitungssystem 13 auszuspülen.
Anstelle der anhand der Fig. 1 beschriebenen Bedampfung des Formkörpers 4 vom Formwerkzeugteil 2 zum Formwerkzeugteil 3 kann diese auch in umgekehrter Richtung vom Formwerkzeugteil 3 zum Formwerkzeugteil 2 erfolgen. Dabei werden die einzelnen Ventile in der entsprechenden Reihenfolge geschaltet.
Bei einer mehr als zweiteiligen Form 1 können an mehreren oder an allen Formwerkzeugteilen wenigstens je ein Unterdruck - und/oder Dampfanschluß vorgesehen sein. Die Bedampfung des Formkörpers 4 erfolgt - wie üblich - mit trockenem Dampf (Sattdampf) mit etwa 120° C und etwa 1 bar Überdruck.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Formwerkzeug hergestellte Formkörper 4 besitzen eine Restfeuchte von höchstens nur noch 3 Gewichtsprozent.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers aus geschäumtem Kunststoff, gekennzeichnet durch die Anwendung der folgenden Verfahrensschritte:
- Verwendung einer zwei- oder mehrteiligen Form (1) , deren den Formhohlraum (5) bildende Wandungen, gegebenenfalls Formwandschichten (21), gasdicht ausgebildet sind und deren dem Formhohlraum (5) zugewandten
Oberflächen aus schlecht wärmeleitfähigem Material bestehen;
- Schließen der Form (1) zur Bildung des Foπnhohl- raums (5);
- Anlegen von Unterdruck an die Form (1) und Evakuierung des Formhohlraums (5) , sowie Anlegen von Unterdruck an die Form (1) außerhalb des Bereiches des Formhohlraums (5) zur Evakuierung der Trennstellen (12) zwischen den Formwerkzeugteilen (2, 3) ;
- Einfüllen eines durch Erhitzen expandierenden Granulats in den Formhohlraum (5) über wenigstens einen Füllin¬ jektor (6) mit über dem Atmosphärendruck liegenden Druck;
- Schließen der Einfüllöffnung (7) bzw. Abschalten des Füllinjektors (6) ;
- Bedampfung des evakuierten Formhohlraums (5) und ge¬ gebenenfalls auch der Trennstellen (12) zwischen den Formwerkzeugteilen (2, 3) ; - Abschalten des Unterdrucks durch Schließen der Unterdruckventile (V 4.01; V 4.02) während der Zufuhr von Dampf zwecks Ausschäumens des Form¬ körpers (4) ;
- Abkühlen des im Formhohlraum (5) gebildeten Formkörpers (4) ausschließlich durch Anlegen von Unterdruck an die Form (1) und gegebenenfalls auch an die Trennstellen (12) zwischen den Formwerkzeugteilen (2, 3) während der Stabilisierungsphase;
- Öffnen der Form (1) nach der Stabilisierungsphase und Ausstoßen des gebildeten Formkörpers (4).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dampfventil (V 1.02) bei noch geöffneten Unterdruckventilen (V 4.01 und V 4.02) geöffnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß kurze Zeit nach dem Beginn der Bedampfung das dem entsprechenden Dampfventil (V 1.01 bzw.
V 1.02) benachbarte Unterdruckventil (V 4.01 bzw.
V 4.02) geschlossen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dampfventil (V 1.01) bei noch geöffnetem Unterdruckventil (V 4.01) geöffnet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlegung des Unterdruckes und die Einleitung des Dampfes unmittelbar an bzw. in die
Form (1) bzw. in den Formhohlraum (5) erfolgen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck und der Dampf über dieselben Öffnungen (8, 10, 11) der Form (1) angelegt bzw. zugeführt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck derart gewählt wird, daß die Luft im Formhohlraum (5) auf mindestens etwa 5% bis 10%, also auf etwa 0,05 bis 0,1 bar reduziert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitfähigkeit der Wände der Form (1) bzw. der den Formhohlraum (5) bildenden Wände bzw. Formwandschichten (21) der Formwerkzeugteile (2,3,23) derart gewählt und/oder die Außenoberfläche derselben derart ausgebildet wird, daß die Außentemperatur der Form (1) keinen höheren Wert als etwa 50° bis 70° C, insbesondere keinen höheren Wert als etwa 55° bis 60° C, annimmt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Dampf von etwa 120° C mit einem Überdruck von etwa 1 bar in die Form (1) eingeleitet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Stabilisierungsphase etwa 5 sec bis 10 sec beträgt.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck und der Dampf jeweils über mehrere Öffnungen (8, 10, 11) dem Formhohlraum (5) unmittelbar zugeführt werden.
12. Zwei- oder mehrteilige Form zur Herstellung von Formkörpern nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte, dem Formhohlraum (5) zugewandte Oberfläche (19, 20, 22) der Form (1) zumindest eine innere Formwandschicht (21) aus schlecht wärmeleitfähigem Material und jedes Formwerkzeugteil (2, 3) jeweils wenigstens eine Öffnung (8, 10, 11) zum unmittelbaren Anschluß von Unterdruck und/oder Dampf aufweist.
13. Form nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Formwerkzeugteile (2, 3) eine oder mehrere Einfüllöffnungen (7) aufweist, in die jeweils ein Füllinjektor (6) mündet.
14. Form nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Formwerkzeugteile (2, 3) wenigstens einen AuswerfStößel (23) mit in den Formhohlraum (5) ragender Oberfläche (22) aufweist.
15. Form nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (1) eine oder mehrere Unterdrucköffnung(en) (11) zum Evakuieren der Trennstellen (12) zwischen den zwei oder mehr Formwerkzeugteilen (2, 3) aufweist.
16. Form nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwerkzeugteile (2, 3, 23) aus Metall und die schlecht wärmeleitfähigen Formwandschichten (21) aus Kunststoff, aus einer Glasur oder aus Email bestehen.
17. Form nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kunststoff aus oder auf der Basis von Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyesterimid oder Polyimid verwendet ist.
18. Form nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Formwandschicht (21) etwa 0,5 mm bis
3 mm beträgt.
19. Form nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwerkzeugteile (2, 3) aus einem mit gut wärmeleitfähigen Partikeln und/oder Fasern versetzten Kunststoff bestehen.
20. Form nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der den Formhohlraum (5) bildenden Wände Nuten mit einer Breite von etwa 0,1 mm bis 0,3 mm und einer Tiefe von etwa 0,5 mm bis 1,0 mm vorgesehen sind, die in wenigstens eine der Öffnungen (8, 10) münden.
21. Form nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwerkzeugteile (2, 3, 23) bzw. die innere Formwandschicht (21) eine Wärmeleitfähigkeit von höchstens etwa 0,25 W/mK aufweist.
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