DE1629399A1 - Verfahren und Werkzeug zum Herstellen von Schaumstoff-Formkoerpern mit verstaerkter Aussenhaut - Google Patents

Description

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Dr.Ing.lFunck KGr* ,München^Pasing, Haidelweg 20

^L Verfahren und Werkzeug zum Herstellen von Schaumstoff-¹ ■Formkörpern mit verstärkter Außenhaut

; Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein

Werkzeug zum Herstellen von Schäumstoff-Farmkörpern mit ' verstärkter Außenhaut, insbesondere Schuhsohlen,ausverschäumbarem, vornehmlich weichelastisehern thermoplastischen Kunststoff oder vernetzbaren natürlich oder künstlichen Elastomeren, wobei mittels einer Spritzgußeinrichtung der ο Hohlraum eines unter hohem Druck geschlossenen Formwerk'- ⁴⁰ Zeuges mit plastlfizierter, über die Zersetzungstemperätur" ^ des im Material enthaltenen Treibmittels erhitzter, unter -i holiein Druck stehender nicht expandierter Schmelze t" gefüllt wird.

Bfi bekannten Terfahren dieser Art wird zunächst eine Schaumbildung der eingespritzten Schmelze infolge des hohen

Einspritzdruckes und der hohen Einspritzgeschwindigkeit verhindert j so daß "bei thermoplastischen Materialien an der gekühlten Formwandung eine kompakte Haut dadurch ge-Mldet -wird, daß in diesen Bereichen das Material /bis unter, den Zersetzungspunkt des eingeschlossenen Treibmittels abge-* • - kuhlt^^^ werden

dagegen die Formwandungen zur Durchführung der Vernetzung geheizt, wobei ebenfalls von den Formwandungen ausgehend eine kompakte, völlig vernetzte Haut gebildet wird.

Die Schaumbildung im Inneren der Formkörper wird im An-.schluß an die Hautbildung dadurch ermöglicht, daß der Formhohlraium nach Ablauf einer bestimmten Hautbiläungszeit —. um ein vorgegebenes Schaumbildungsmaß vergrößert wird, so daß sich in der eingeschlossenen Schmelze Blasen bilden können und der Formkörper aufgeweitet wird* Die Form wird jedoch erst nach Ablauf der gesamten Kühl- bzw. Heizzeit geöffnet. Diese Änderung des Formhohlraumes wird bei den bekannten Verfahren dadurch herbeigeführt, daß man Sonderformwerkzeuge verwendet, die zusätzlich zu der üblichen, quer zur Formöffnungsrichtung liegenden Formtrennebene eine weitere Dichtfläche in Formöffnungsrichtung, d.h. senkrecht zur Formtrennebene, besitzen. Solche zusätzlichen Dichtflächen komplizieren ein,Formwerkzeug jedoch sehr und erschweren dessen Herstellung, da sie meist einen nur von Hand

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auszuführenden Touchiervorgang erfordern.. Durch die Relativbewegung wenigstens eines zusätzliclien Teiles ergeben sich . Fehlerquellen, die leicht zu Betriebsstörungen führen können. Außerdem ist zu bedenken.·*' daß beispielsweise die Herstellung einer bestimmten Schuhsohlenart etwa zwanzig bis •vierundzwanzig Formwerkzeuge (^de~7j^TBie^^inl;CS_jimd rgchts) erfpxdcevt, was eine wirtschaftliehe-Anwendung dieses .Verfahrens üjperhaupt in Frage stellt. .

Aufgabe ,der Erfindung ist es, die Fachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden und deren Vorteile zu erhalten, d.h., die Schaffung einer kompakten Außenhaut bei SchäumstoffkörperiL auf möglichst wirtschaftliche. Weise mi-fc einfachen — Formwerkzeugen zu ermöglichen. . , /

Zu diesem Zweck werden erfindungsgemäß zwei den Formhohlraum begrenzende Formteile, die während des Einspritzvorganges und der anschließenden Verfestigungszeit für die Haut des Formkörpers entlang einer gemeinsamen Trennlinie dichtend aneinander gehalten sind, am Ende dieser Verfestigungszeit vor Ablauf der Kühl- bzw. Heizzeit quer zur Trennebene um einen vorgegebenen Lüftungsweg geöffnet, und die eingeschlossene expandierende Masse wird im Bereich des Öffnungssspaltes ausschließlich durch die dort zuvor gebildeten . Außenhaut abgestützt,ohne daß' mit dieser Öffnungsbewegung eine Vergrößerung des FormhOhlrauiiies verbunden ist.

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Hier kommt man mit einem Formwekzeug aus, das sich grundsätzlich nicht τοη normalen Formwerkzeugen mit einer einzigen Trennebene unterscheidet. Es sind keine Handbearbeitungsvorgänge notwendig, und zur Vergrößerung des Hohlraumes brauchen keine Werkzeugteile gleitend und abgedichtet zueinander bewegt zu werden. Daher sind auch keinerlei Betriebsstörungen zu befürchten und die Herstellungskosten werden beträchtlich vermindert.

Vorteilhafterweise werden Stärke und Festigkeit der Außen-: haut in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der verwendeten Masse und der Heiz- bzw. Kühleinwirkung durch entsprechende Bemessung der Verfestigungszeit So₁ gesteuert,

daß bei der durch die Teilöffnung der Form eingeleiteten Expansion keine bleibende Auswölbung der Außenhaut in den Öffnungsspalt erfolgt. Diese Außenhaut wird nämlich nach der Teilöffnung der Form durch die sich dabei entwickelnde Expansion nach Art einer Kissenhülle unter Innendruck gesetzt, d.h.·. im Bereich des Sffnungs spalt es wirken von innen her Kräfte, die bei gewissen Betriebsumständen die Außenhaut in diesen Spalt eindrücken könnten. Da diese Kräfte aber allseitig wirken, wird die Außenhaut unter Zugspannung gesetzt, was eine solche Verformung verhindert. Bei einer bestimmten Dicke und Festigkeit der Außenhaut kann daher eine Ausformung soweit vermindert werden, daß sie praktisch nicht

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in Erscheinung tritt und der fertige FormkörpBr Iceine Spuren einer gölchen Wirkung zeigt. Verfestigungszeitund Teilöffnungsweg müssen hierzu- in geeigneter Weise auf die verwendeten Werkstoffe und die Heiz- bzw» Kühleilnwirkung abgestiinmt werden. Bs ist daher nicht möglich, für die Verfestigungszeit und den Teilöffnungsweg allgemein gültige Werte zu nennen, zumal hier auch Abmessung und Ausbildung des JFormkÖrpers von Bedeutung sind. Jedoch hat sich gezeigt, ^ daß sich diese ¥erte für jeden Einzelfall leicht empirisch e^rmitteln und mit Hilfe der Steuerungsaggregäte an der Spritzgußmas chine genau einhalten lasseh.

wurde überraschenderweise g-efundeitj dajö die Schaumbildung in den nach dem neuen Verfahren hergestellten Form-* körpern nicht gleichmäßig verläuft, sonderen daß sich - in der Trenftebene betrachtet— am Rand eine Schaumstruktur mit größerer Dichte und geringereic "Porengröße ausbildety die Schaumdichte zur Mitte der "Formkörper hin abnimmt und die ■pörengrößfc steigt. Zu erklären ist diese Erscheinung dadurch» dsf in den Randzonen die unter Zug stehende kompakte Haut des förmkörpers der Expansion des Treibmittels so eÄtgegenwirkt» daß sich nur eine geringere Forengröße bilden kann* während solche Reaktionskräfte in: der Mitte des • iormkörpeys^ in wesentlich, geringerem^^ Ausmaß zur Wirkung kommen, ep. daß dort der vollen Expansion des Treibmittels

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nichts Im Wege.steht. Dieser Effekt erweist sich für Schuhsohlen als besonders wünschenswert, da diese an ihren Außenrändern "beim Tragen stärker beansprucht werden als in der Sohlenmitte. Ein dichterer, festerer Schaum am Außenrand und ein weicherer in der Sohlenmitte gewährleisten besonders gute Trageeigenschaften.

i_ Die unterschiedliche Expansion hat nun nicht nur eine unterschiedliche Masseverteilung und Weichheit zur Folge,' sondern auch eine Außenform des entspannten Formkörpers, die von der durch das Formwerkzeug normalerweise vorgegebenen Form abweicht. Auch dies ist bei Schuhsohlen

durchaus erwünscht, kann aber in geeigneter Weise korrigiert

werden. Ein Formwerkzeug zum Ausüben des vorgeschilderten Verfahrens ist daher erfindungsgemäß gekennzeichnet durch zwei schalenförmige Formteile, die zu beiden Seiten der gemeinsamen Trennebene einen Formhohlraum begrenzen, dessen■ Höhne abweichend von den Abmessungen der herzustellenden Formkörper auf die unterschiedliche Expansion an den einzelnen Stellen In der Trennebene abgestimmt ist. Zur Herstellung von Formkörpern, die senkrecht zur Trennebene gleichbleibende Stärke haben, wird daher die Höhe des.Hohlraumes am Rand größer als in der Mitte ausgebildet.

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Weitere Merkmale und Torteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. ί einen Schnitt durch ein zweiteiliges Formwerkzeug zur Herstellung eines flachen, langgestreckten Formkörpers entsprechend dem Schnitt durch eine Schuhsohle in der Ballenpartie, wobei der L- ;. Formhohlraum durch flüssige Schmelze ange-"¹ ■■-.-■■ füllt ist; '.

Pig. 2 einen entsprechenden Schnitt durch das gleiche Formwerkzeug, das teilweise geöffnet ist, gegen Ende des Expansionsvorganges und

Fig. 3 einen Schnitt durch ein ähnliches Formwerkzeug -^u zur Herstellung-von PormkÖrpern, die senkrecht zur Trennebene gleichbleibende Stärke haben.

In der; Zeichnung ist mit 1 der'Formdeekel und mit 2 der Formboden eines Werkzeuges bezeichnet, die unter hohem Druck entlang der quer zur Öffnungsriehtung der Form .liegenden Formtrennebene 3 anelnanderliegend gehalten werden. 4 fist eine Kalotte, in welcher während des Einspritzvorganges.die ^L Spritzdüse einer üblichen Einspritzvorrichtung dichtenu zur-Anlage gebracht wird, 5 istder Einspritzkanal und6 ein Anschnitt zur Formhöhlung 7. Gemäß Fig.1 ist die Fonnhöhlung mit flüssiger, unter hohem Druck eingespritzter Schmelze gefüllt, die über den Zersetzungspunkt des darin enthaltenen Treibmittels hinaus erhitzt ist. Die hier mit 71 bezeichnete

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Schmelze ist mit einer Schraffur aus abwechselnd "breiten und dünnen Strichen dargestellt.

Die Form wird nach Ende des Einspritzvorganges über eine Zeitspanne hinweg geschlossen gehalten, die in Abhängigkeit von de'r Art des verwendeten Werkstoffes, der Ausbildung der Form, den verwendeten Temperatüren und dem nachfolgenden L. Teilöffnungsweg im Einzelfall bestimmt wird. Während äieser Verfestigungszeit bildet sich an den Formwandungen durch Heizung-bzw. Kühlung eine kompakte Haut 9» die in Pig. 2 durch eine kräftige Schraffur gekennzeichnet ist. Nach Ablauf der vorgegebenen Verfestigungs- bzw. Hautbildungszeit wird die Form um einen Teilöffnungsweg a geöffnet, wodurch _ sich ein Öffnungsspalt 8 bildet. Durch diese Teilöffnungsbewegung' wird die von der Außenhaut umschlossene Schmelze von dem zuvor auf sie wirkenden Druck entlastet, und das noch über den Zersetzungspunkt erhitzte Treibmittel erhält die Möglichkeit, Gas abzuspalten und im Inneren der Außenhaut zu schäumen. Durch die Expansion wird die gesamte Außenhaut 9 unter Innendruck gesetzt, der in der Außenhaut entgegenwirkende Zugspannungen hervorruft. Bei dem hier herzustellenden flachen Formkörper kann sich die Schaumbildung in der Mitte frei entwickeln, wobei sich größere Poren 10 bilden und die dort im wesentlichen flachebene Außenhaut nach oben und unten gedruckt wird, ohne wesentliche

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Reaktionskräfte zu entwickeln, bis sie sich an den lOrm-

teilen 1 und 2 abstützt. |

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Diese Abstützung ist grundsätzlich. - vom Öffnungsspalt 8 |

abgesehen - auch an den Seitenwänden der !Formhöhlung gegeben. j

Im Randbereich wirken der Expansion aber, unmittelbar Zug- 1

krafte in den Randteilen 9a der Außenhaut entgegen, so daß j

^L der im Querschnitt rechteckige Pormhohlraum dort, nicht: i

ganz ausgefüllt wird und sich Randzwickel 12 bilden. Die !

dort befindlichen oberen und unteren Hautteile 9b schmiegen j

sich daher erst allmählich an die obere "und untere Form- I

w^adfläche an, und die Schmelze wird im Randbereich durch \

die dort auftretenden größeren Reaktionskräft* stärker - \

zusammengedrückt, §o daß sich dort nur kleinere Poren 11 |

bilden können und der Schaumstoff eine Dichte erhält, die Ί

in der iDrennebene "von innen nach außen ständig zunimmt. Dem i

auf den Randteil 9a der Außenhaut einwirkenden Innendruck, I

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der bei dünner Außenhaut in der lage wäre, diese in den ·

Teilöffnungsspalt 8 einzudrücken, wirkt einmal die Ter- ]

festigung durch die in dieser Haut wirkende Zugspannung f

entgegen. Außerdem tritt dort noch ein Biegemoment in Br- |

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Bcheinung, das durch die Tendenz des Eindrückens der Haut I

in die Bckzwiekel 12 geschaffen wird. Jedenfalls kann durch j

eine geeignete Stärke der Außenhaut, die durch entsprechende . l

der Yerfestigungszeit gesteuert wird» bei einem !

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vorgegebenen Teilöffnungsweg zuverlässig verhindert werden, daß die Außenhaut so in den Öffnungsspalt nineingedrückt wird, daß eine dort vorubergehend auftretende Verformung am fertigen Formkörper erkennbar wäre.

Der gemäß den Fig. 1 und 2 mit einer rechteckigen Fonnhöhlung hergestellte Formkörper hat die vor allem bei Schuh-L sohlen erwünschte Eigenschaft des verhältnismäßig kräftigen Randes und einer zur Sohlenmitte hin steigenden Weichheit und Elastizität und einer dort ebenfalls vergrößerten Sohlendicke. Wenn man die ■unterschiedliche Expansion am Rand und in der Mitte in Betracht zieht, so kann grundsätzlich der

Formhcjhlraum bzw. dessen Abmessungen quer zur_j Trennebene

so gestaltet werden, daß sich die unterschiedliche Ausdehnung weitgehend ausgleichen läßt. So sind die Formteile 1¹ und 2¹ gemäß Fig. 3 mit zwei Teilhohlräumen 13,14 versehen, die in der Mitte bei 15 eine geringere lichte Höhe aufweisen als am Rand, Die oben und unten liegenden Grenzflächen 16 und 1.7 sind derart nach innen gewölbt, daß nach der durchgeführten Teilöffnung und Expansion ein Formkörper geschaffen wird, der praktisch auf seinem ganzen Querschnitt gleiche Dicke hat. Auch dabei bilden sich Zwickelräume ähnlich 12 in Fig, 2, aber die Flächen 16,17 können empirisch ohne weiteres so ausgebildet werden, daß man die gewünschte Ausbildung des Formkörpers erhält. Selbstverstand—

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lieh'können auf diese Weise nicht nur regelmäßig bzw. symmetrisch ausgeführte Formkörper., sondern, auch solche hergestellt werden, die nach beliebigen Gesetzen gestaltet sind,, beispielsweise lassen sich so auch Schuhsohlen mit individuell orthopädisch geformter Oberseite herstellen, wie überhaupt die'Ausbildung der herzustellenden Formkörper keiner grundsätzlichen Beschränkung unterliegt.

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Claims (4)

9 X /Ιΰ A Ο\ ρ,'Ί Q ^ Θ Q I KJ ί- ^J \J \J \J - 12 Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von Schaumstoff-Formkörpern mit verstärkter Außenhaut, Insbesondere Schuhsohlen, aus verschäumbarem, vornehmlich weichelastischem thermoplastischen Kunststoff oder vernetzbaren natürlichen oder künstlichen Elastomeren, wobei mittels einer Spritzgußeinrichtung der Hohlraum eines unter hohem Druck geschlossenen Formwerkzeuges mit plastifizierter, über die Zersetzungstemperatur des im Material enthaltenen Treibmittels erhitzter, unter hohem Druck stehender nicht expandierter Schmelze gefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei den Formhohlraum begrenzende Formteile, die während des Einspritzvorganges und der anschließenden Verfestigungszeit für die Haut des Formkörpers entlang einer gemeinsamen Trennlinie abdichtend aneinander gehalten sind, am Ende dieser Verfestigungszeit vor Ablauf der Kühl- oder Heizzeit quer zur Trennebene um einen vorgegebenen Lüftungsweg geöffnet und die eingeschlossene L expandierende Masse im Bereich des Öffnungsspaltes ausischließlich durch die dort zuvor gebildete Außenhaut abgestützt wird, ohne daß mit dieser Öffnungsbewegung eine Vergrößerung des Formhohlraumes verbunden ist.

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2'. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stärke und Festigkeit der Außenhaut in Abhängigkeit der Zusammensetzung der verwende ten Masse und der Heiz«- "bzw. Eiihleinwirkung durch entsprechende Bemessung der Ver— festigungszeit so gesteuert werden, daß bei der durch die leilöffnung der Form eingeleiteten Expansion eine bleibende Auswölbung der Außenhaut in dem Öffnungsspalt verhindert wird.

3* Schaumstoff-!Formkörper, insbesondere Schuhsohle, mit kompakter Außenhaut, dadurch gekennzeichnet, daß sieh nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 hergestellt ist.

4. Schaumstoff-Formkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er - in der Trennebene (3) betrachtet - an seinem Rand (11.) eine größere Dichte als in der Mitte (10) aufweist*. :

5. Fonnwerkzeug zum Ausüben des Verfahrens⁰ nach Anspruch 1 oder 2f gekennzeichnet durch, zwei f schalenförmiga Formteile (I.·,2), diö zu fbeiden Seiten der gemeinsamen Trejinebene (3) einen Formhohlraum (7) begrenzen, dessen Höhe - abweichend von den Abmessungen der herzustellenden Formkörper - auf die unterschiedliche Expansion an den einzelnen Stellen in der Brennebene abgestimmt ist.

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6. Formwerkzeug nach Anspruch 5 zur Herstellung von IOrm körpern, die senkrecht zur Irennebene gleichbleibende Stärke haben, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Hohlraumes (13,14) am Rand größer als in der Mitte (15) ausgebildet ist.

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