DE102004004657A1

DE102004004657A1 - Energy efficient automatic molding machine for production of particulate foam products has no steam chamber and media distribution inside the tool

Info

Publication number: DE102004004657A1
Application number: DE200410004657
Authority: DE
Inventors: Jürgen BRUNING; Eberhard Lang; Maik Ziegler; Kai Wacker
Original assignee: Wacker & Ziegler GmbH; Fagerdala Deutschland GmbH
Current assignee: Fagerdala Maschinenbau 99885 Ohrdruf De GmbH
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-08-25

Abstract

Steam chambers and/or steam chamber frames are eliminated from the machine to reduce machine mass and/or distribution of media, e.g. steam, air and vacuum, is an integral part of the tool. A steam production unit is integrated in the automatic molding machine. For cooling moldings either: a) water may be supplied which cools the tool cavity and/or the media distributor very rapidly and can be sucked out again; b) a cooling water system in the machine and/or in the tool sprays the tool walls via lines and nozzles or c) an integral vacuum unit cools moldings using cold condensate in the tool. All cooling methods may be combined. Tool walls are of a porous material or have a liner of porous material to distribute various media over the entire tool surface. Media can be supplied to and removed from each tool half via a single line which can be selectively connected via valves with steam, air or vacuum or to atmosphere. Walls may comprise plates in layers and the space between them can act as the media distributor. Tool halves are clamped together by hydraulic power and tool movement is produced by toothed belts.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Aufbau eines Formteilautomaten zur Herstellung von Partikelschaumformteilen sowie der dazugehörigen Werkzeugtechnik.The The present invention relates to the structure of a molding machine for the production of particle foam moldings and the associated tool technology.

Formteilautomaten zur Herstellung von Partikelschaumformteilen sind nach Stand der Technik mit einer Dampfkammer ausgerüstet in die über Stellventile Dampf zugeführt wird. Der Dampf fließt über werkzeugseitige Dampfdüsen durch die Werkzeugkavität und führt zu einer Verschweißung der darin befindlichen Schaumstoffpartikel. Üblicherweise werden so Schaumstoffformteile aus expandiertem Polypropylen (EPP) und expandiertem Polystyrol (EPS) verarbeitet.Molding machines for the production of particle foam moldings are according to the Technology equipped with a steam chamber in the via control valves Steam supplied becomes. The steam flows through the tool side steam nozzles through the tool cavity and leads to a weld the foam particles contained therein. Usually, so are foam moldings expanded polypropylene (EPP) and expanded polystyrene (EPS) processed.

Die gängigen Formteilautomaten bieten durch einen derartigen Aufbau die Möglichkeit, in Rahmen einer gestaffelten Maschinengröße, unterschiedliche Werkzeuge mittels eines Aufspannrahmens in der Dampfkammer zu befestigen. Zum Einsatz kommen gefräste oder gegossene Werkzeugkavitäten in ein- oder mehrfachen Belegung.The common Automatic molding machines offer the possibility by such a structure in the context of a staggered machine size, different tools to fix in the steam chamber by means of a Aufspannrahmens. Milled are used or cast tool cavities in single or multiple occupancy.

Der überwiegende Teil der in Form von Dampf eingesetzten Energie beim Formteilprozess wird zum zyklischen Aufheizen des Werkzeugs und der umgebenden Dampfkammer benötigt und nach jedem Verschweißungsvorgang durch Kühlung abgeführt. Geringere Anteile gehen als Spül- und Übertragungsverluste oder Abstrahlung verloren.The predominant Part of the energy used in the form of steam in the molding process is for cyclically heating up the tool and the surrounding steam chamber needed and after each welding process by cooling dissipated. Lower levels are used as flushing and transmission losses or lost radiation.

Zur Reduzierung des erheblichen Energieaufwandes zur Bereitstellung des Heißdampfes wurden bereits verschieden Ansätze verfolgt.to Reduction of the considerable energy expenditure for the provision of the superheated steam have already been different approaches tracked.

Neben einer wärmeisolierenden Auskleidung der Dampfkammer ist vor allem die europäische Patentschrift EP 0666796 zu benennen, die eine wärmeisolierende Auskleidung der Werkzeuge, bei ansonsten gleichbleibenden Maschinenaufbau vorsieht.In addition to a heat-insulating lining of the steam chamber is mainly the European patent EP 0666796 to designate, which provides a heat-insulating lining of the tools, with otherwise constant machine construction.

Nachteilig ist hierbei insbesondere die deutlich verschlechterte Wärmeleitung bei der Kühlung des Formteiles, vor allem aber die Beschränkung des Einsatzbereiches auf expandiertes Polystryrol. Die Beschichtung des Werkzeuges entspricht nicht den Anforderungen der höheren Schweißdrücke und -temperaturen, die bei der Verarbeitung von EPP gefordert werden. EPS wird bei Temperaturen um 110 °C und bei Drücken um 1,5 bar verarbeitet, während EPP entsprechend dem höheren Schmelzpunkt bei ca. 160 °C und bei bis zu 7,5 bar verarbeitet wird. Die im Einsatz befindliche Technik verwendet zumeist den beschriebenen Werkzeugaufbau innerhalb einer Dampfkammer. Die Werkzeuge müssen dabei auf die Dampfkammerabmasse angepasst sein.adversely Here, in particular, the significantly deteriorated heat conduction in the cooling of the Form part, but especially the limitation of the application on expanded polystyrene. The coating of the tool corresponds not the requirements of the higher Welding pressures and temperatures, which are required in the processing of EPP. EPS is added Temperatures around 110 ° C and when pressed processed at 1.5 bar while EPP according to the higher one Melting point at about 160 ° C and processed at up to 7.5 bar. The in use Technology usually uses the described tool design within a steam chamber. The tools must be on the Dampfkammerabmasse be adjusted.

Während der Energieeinsatz durch die Isolation des Werkzeuges verringert ist, geht die Dampfkammermasse selbst weiterhin in die Wärmebilanz ein. Der in EP 0666796 beschrieben Prozess weist jedoch auch auf die Möglichkeit der direkten Dampfzuführung zum Werkzeug hin. Hierbei ist das Werkzeug als konventionelles Werkzeug mit einer Innenbeschichtung aufgebaut. Die Dampfverteilung erfolgt in einem weiteren vorgeschalteten Dampfverteiler. Der Dampfkammerrahmen ist dabei weithin limitierend für die möglichen Werkzeugabmaße. Der Dampfverbrauch kann durch die erhöhte Anzahl der Dampfleitungen ebenfalls nicht maßgeblich gesenkt werden. Weiterhin ist die homogene Durchflutung des Werkzeuges mit Dampf nicht gewährleistet. Die Kühlung mittels Wasserstrahlkühlung ist bei diesem System nicht mehr möglich. Die beschriebene Kühlung mittels Vakuum bleibt der EPS-Branche vorbehalten. Die erhöhten Kühl- bzw. Stabilisierzeiten erhöhen die gesamte Taktzeit. Weiterhin ist bei EPP neben der zu hohen mechanischen Belastung beim Bedampfen, eine ausschließliche Kühlung mittels Vakuum durch die geringe Restfeuchte (bezogen auf die gesamt notwendige Temperaturdifferenz von 160°C auf ca. 70°C) nicht möglich.While the energy input is reduced by the isolation of the tool, the steam chamber mass itself continues to enter the heat balance. The in EP 0666796 However, the process also points to the possibility of direct steam supply to the tool. Here, the tool is constructed as a conventional tool with an inner coating. The steam distribution takes place in another upstream steam distributor. The steam chamber frame is largely limiting for the possible tool dimensions. The steam consumption can also not be significantly reduced by the increased number of steam pipes. Furthermore, the homogeneous flooding of the tool with steam is not guaranteed. Cooling by means of water jet cooling is no longer possible with this system. The described vacuum cooling remains reserved for the EPS industry. The increased cooling or stabilization times increase the total cycle time. Furthermore, in EPP in addition to the excessive mechanical stress during vapor deposition, exclusive cooling by vacuum due to the low residual moisture (based on the total required temperature difference of 160 ° C to about 70 ° C) is not possible.

Für den EPS-Bereich werden insbesondere durch die Firmen Hirsch und Kurtz Maschinen nach dem sogenannten Transferverfahren angeboten, bei denen Verschweißung und Kühlung der Formteile in jeweils unterschiedlichen Werkzeugen erfolgen. Hierbei werden die Formteile während des Prozesses automatisiert vom Verschweiß- in das Stabilisierwerkzeug übergeben wird. Das jeweilige Werkzeug mit zugehöriger Dampfkammer muss dabei nicht den gesamten Temperaturwechsel zwischen Verschweißungs- und Entformtemperatur mitmachen, sondern bleibt annähernd auf konstanter Temperatur.For the EPS area especially by the companies Hirsch and Kurtz Maschinen offered by the so-called transfer method, in which welding and cooling the moldings are made in different tools. in this connection the moldings are during the process automatically transferred from welding in the stabilizing tool becomes. The respective tool with associated steam chamber must be there not the entire temperature change between welding and Entformtemperatur join in, but remains approximately at a constant temperature.

Dieses Verfahren ist ebenfalls auf EPS beschränkt, da andere Partikelschäume nach der Bedampfung bzw. -verschweißung einen hohen Partikelinnendruck, den sogenannten Schaumdruck, aufweisen, der beim zwangsläufigen Öffnen der Form vor der Kühlung zum Aufplatzen der Formteils und der interpartikulären Schweißverbindungen führt.This Method is also limited to EPS, as other particle foams after vapor deposition or welding have a high particle internal pressure, the so-called foam pressure, the inevitable opening the Shape before cooling for bursting the molding and the interparticle welds leads.

Sämtlichen technischen Ausführungen zur Reduzierung des Energiebedarfes ist gemein, dass diese nur unzureichend den Wirkungsgrad des Formteilprozesses senken und diese nicht gleichwohl für EPP und EPS geeignet sind. Alle gängigen Maschinen bedingen aufgrund ihres erheblichen Dampfbedarfes bzw. der hohen Dampfentnahmemenge bei nahezu konstantem Druck eine separate, ausreichend große Dampferzeugungseinheit. Aufgrund der hohen Investitionskosten für einen derartigen Dampferzeuger und -speicher ist eine Formteilfertigung meist nur bei spezialisierten Formteilschäumern mit mehreren Formteilautomaten vorzufinden.all technical versions To reduce the energy demand is common that these are insufficient reduce the efficiency of the molding process and not this nevertheless for EPP and EPS are suitable. All common Machines require due to their considerable steam demand or the high vapor withdrawal rate at a nearly constant pressure a separate, big enough Steam generating unit. Due to the high investment costs for one such steam generator and storage is usually a molded part production only for specialized molded part foams with several molding machines to be found.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Formteilautomatenkonzept zur Verarbeitung von Partikelschäumen bereitzustellen, dessen Energiebedarf gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert ist, eine Verarbeitung aller Schaumpartikeltypen ermöglicht, keine Erhöhung der Zyklus- bzw. Kühlzeiten bewirkt und keine die Werkzeugabmasse reglementierenden Umbauten beinhaltet, sowie die Möglichkeit einer kleineren, integrierten Dampferzeugungseinheit zulässt.Of the The invention was therefore based on the object, a molding machine concept for processing particle foams to provide the energy consumption compared to the prior art significantly reduced is, allows processing of all types of foam particles, no increase the cycle or cooling times causes and no reorganizing the tool dimensions includes, as well as the possibility a smaller, integrated steam generating unit allows.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wurde dadurch gelöst, dass von einem elektrisch oder brennstoffbeheiztem Dampferzeuger als modulates Teil des gesamten Formteilautomaten mittels konvetionellen Dampfleitungen die Dampfeinspeisung direkt an das Werkzeug erfolgt und die Dampfverteilung im Werkzeug erfolgt. Es wird somit die komplette Dampfkammermasse eingespart wird. Eine besonders vorteilhafte Variante ist wärmeisolierende Auskleidung des Werkzeuges an den unbedüsten Wandungen mittels Isolierplatten auf Basis von hochtemperaturbeständigen und ggf. faserverstäkten und/oder aluminiumgefüllten Epoxid- oder Phenolharzplatten. Weiterhin vorteilhaft stellt sich der Einsatz von hochtemperaturbeständigem Silikon für Abdichtungen dieser Platten zum Werkzeug da.The inventive task was solved by that of an electric or fuel-fired steam generator as modulates part of the entire molding machine by means of konvetionellen Steam lines the steam is fed directly to the tool and the steam is distributed in the tool. It thus becomes the complete steam chamber mass is saved. A particularly advantageous variant is heat-insulating Lining of the tool on the unwanted walls by means of insulating plates based on high temperature resistant and possibly fiber-reinforced and / or aluminum-filled Epoxy or phenolic resin boards. Further advantageous turns the use of high-temperature-resistant silicone for seals of these plates to the tool there.

Neben der Kühlung nach Stand der Technik durch Besprühen der nicht isolierten Rückseite der Kavität mit Wasser erlaubt der Einsatz von werkzeugspezifisch angebrachten Kühlsystemen verschiedene Kühlmethoden. Eine Möglichkeit, um vor allem in der EPS-Verarbeitung in kurzer Zeit annähernd trockene Formteile entformen zu können ist der Einsatz einer Vakuumkühlung, bei der die Verdunstungskälte des im Formteil vorhandenen Kondensats zur Kühlung genutzt wird. Die geringen Volumina der Medienverteiler optimal angepasster Werkzeuge lassen außerdem eine effiziente, rasche Kühlung durch Auffüllen des Werkzeugs mit temperiertem Wasser.Next the cooling in the prior art, by spraying the uninsulated backing the cavity with water allows the use of tool-specific attached cooling systems different cooling methods. A possibility, especially in the EPS processing approaching in a short time to be able to demold dry moldings is the use of a Vacuum cooling, at the evaporative cold of the condensate present in the molding is used for cooling. The small one Volumes of media distributors optimally adapted tools Furthermore an efficient, rapid cooling by filling up of the tool with tempered water.

Claims

Automatic molding machine for the production of particle foam moldings with optimized energy consumption properties, characterized in that it does not include any machine-side steam chambers and / or steam chamber frame and / or the media distribution is done exclusively on the tool side.

Automatic molding machine according to claim 1, characterized in that that the mechanical and thermal design of the machine the Processing of particle foams made of PE, PP, PS, PS + PPO, EPET and other materials.

Automatic molding machine according to one or more of the preceding Claims, characterized in that a steam generator integrated in the machine is.

Automatic molding machine according to one or more of the preceding Claims, characterized in that a system integrated in the machine is, which, the tool cavity and / or the integrated in the tool media distribution in a short time fill with tempered water and can suck again, to a cooling of the welded molding to reach.

Automatic molding machine according to one or more of the preceding Claims, characterized in that a cooling water system in the machine and / or integrated in the tool, which is the spraying of the shaping tool walls over into the Tool introduced lines and nozzles for cooling the welded molding allows

Automatic molding machine according to one or more of the preceding Claims, characterized in that an integrated vacuum unit, the cooling of the welded Shaped by the resulting evaporation cold when applying vacuum allows.

Automatic molding machine according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the cooling of the welded moldings by a combination of those described in the preceding claims Procedure is done.

Automatic molding machine according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the tool wall of the cavity of porous materials is made.

Automatic molding machine according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the tool wall of the cavity with a Lining of porous Material is provided, which distributes the media over the entire molding surface.

Automatic molding machine according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the supply and discharge of the media per mold half on each only a line takes place, depending on the process step with the steam, Air or vacuum system or the surrounding atmosphere alternately via valves get connected.

Automatic molding machine according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the shaping wall of the cavity layer by layer is made up of plates.

Form molding machine according to claim 11, characterized characterized in that spacings between the layers allow the supply and discharge of the media.

Form molding machine according to claim 11 and / or 12, characterized characterized in that the layered structure, the media distribution includes.

Automatic molding machine according to one or more of the preceding Claims, characterized in that a prefoamer already integrated in the machine is.

Automatic molding machine according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the movement movement by an electric motor he follows.

Automatic molding machine according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the drive of the movement by Timing belt is done.

Automatic molding machine according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the tumbler of the tool halves hydraulically he follows.

Automatic molding machine according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the tool consists of more than two parts consists.

Automatic molding machine according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the tools are parallel to each other be moved movable platens.

Automatic molding machine according to one or more of the preceding Claims, characterized in that in both platen openings for media supply and filling device are provided.