DE3020753A1

DE3020753A1 - Vakuumdichte vorrichtung zum herstllen eines trockenen formlings aus schaeumbarem, thermoplastischem kunststoff

Info

Publication number: DE3020753A1
Application number: DE19803020753
Authority: DE
Inventors: Ortwin Prof.Dr. 4790 Paderborn Hahn
Original assignee: CIVAG AG fur VERPACKUNGSFORSC
Current assignee: CIVAG AG fur VERPACKUNGSFORSC
Priority date: 1980-05-31
Filing date: 1980-05-31
Publication date: 1981-12-10

Description

Vakuumdichte Vorrichtung zum Herstellen eines trockenen
Formlings aus schäumbarem, thermoplastischem Kunststoff Die Erfindung betrifft eine vakuumdichte Vorrichtung zum Herstellen eines trockenen Formlings aus schäumbarem, thermoplastischem Kunststoff, insbesondere expandierbarem Polystyrol, mit zumindest zwei zueinander passenden abgedichteten Formteilen entsprechend dem herzustellenden Formling, einem Füllinjektor zum Zuführen des Schäumgutes, einer dem Formteil vorgelagerten abgeschlossenen Kammer mit einer Formhälfte zum Heizen bzw. Kühlen des Formnestes mit entsprechenden Zuführungs- und Abführungsöffnungen, und einer von der Kammer getrennten Dampfzufuhr zum Formhohlraum der Form zwecks Aufschäumen des eingefüllten Schäumguts.
Formen zur Herstellung von trockenen Formlingen aus expandierbarem Polystyrol (EPS) sind nur wenige bekannt, beispielsweise aus der Patentanmeldung P 22 37 397.3-16 (System "Erlenbach"), wobei ein Zweikammersystem für zwei rormhälften verwendet wird, um einerseits die Formwand im Bereich des Formnestes zu beheizen bzw. zu kühlen, ohne daß der ("trockene") Formling in direktem Kontakt zum Heiz- bzw. Kbiilmedium steht, und andererseits Dampf zum Formhohlraum separat zuführen zu können, um das eingefüllte vorexpandierte Sohäumgut in die endgültige Gestalt aufzuschäumen. Das Zweikammersystem nach Erlenbach sieht vergleichsweise große Kammern und verschiedene Leitungen für die einzelnen Anschlüsse vor und ist insbesondere nicht für eine Unterdruckbefüllung ausgelegt, d.h. für ein Füllen des Formhohlraums unter Vakuumeinwirkung. Nachteilig bei einer Vorrichtung nach vorgenanntem Stand der Technik ist, daß Formlinge vergleichsweise komplizierter geometrischer Gestalt nicht in I)ünnwandtechnik fertigbar sind, da eine Unterdruckbefüllung nicht möglich ist. Auch muß die zwischen den vorgeschäumten Kunststoffperlen befindliche Luft im Formhohlraum erst bei der Bedampfung, d.h. beim Aufschäumen der Perlen, verdrängt werden. Besonderer Nachteil ist, daß extrem kurze Zykluszeiten einer Fertigung nicht zu erzielen sind. Dies ist umso schwerwiegender, als die mit einer derartigen Form herzustellenden Formlinge in der Regel Massenartikel sind.
Neben der vergleichsweise langen Fertigungsdauer ist auch der Energieaufwand bei einer Fertigung eines Formlings beträchtlich.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum Herstellen eines trockenen Formlings aus schäumbarem, thermoplastischem Kunststoff der eingangs genannten Art, die bei einfachem Aufbau sehr leistungsfähig und zuverlässig im Betrieb ist.
Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch, daß die zum Formhohlraum der Formteile führende Dampfeufuhr in einem Leitungssystem angeordnet ist, das zumindest einen weiteren äußeren Anschluß enthält.
Der weitere äußere Anschluß kann ein Evakuierungsanschluß sein, um eine Unterdruckbefüllung zu ermöglichen.
Auch kann der weitere Anschluß als Preßluftzufuhr ausgelegt sein, die ein rasches (preßluftunterstütztes) Entformen ermöglicht.
Sind zwei weitere Anschlüsse in Form eines Evakuierungsanschlusses und einer Freßluftzufuhr vorgesehen, können diese in eine gemeinsame Leitung des Leitungssystems einmünden Zweckmäßigerweise ist die gemeinsame Leitung an entgegengesetzter Stelle bezüglich der DampfzuSuhr seitlich in die (Heiz- bzw. Kühl \ Kammer geführt und gegen die Kammerwand abgedichtet.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß sowohl in der DampfzuSuhr als auch in den weiteren Anschlüssen in Form des Evakuierungsanschlusses und der Preßluftzufuhr jeweils ein Absperrorgan angeordnet ist.
Das Absperrorgan des Evakuierungsanschlusses und das Absperrorgan der Preßluftzufuhr können wechselweise geöffnet und geschlossen werden.
In alternativer Weise kann vorgesehen sein, daß die Absperrorgane der Dampfzufuhr, der Preßluftzufuhr und des Evakuierungsanschlusses in einer Weise steuerbar sind, daß bei Offnung des einen Absperrorgans die restlichen Absperr-Organe geschlossen sind.
Auch kann ein Vakuumanschluß für ein Abdichten der zusammengesetzten Formteile vorgesehen sein, der die durch den Trennspalt der Formteile nach innen gelangende Umgebungsluft rechtzeitig vor Erreichen des eigentlichen Formhohlraumes wieder nach außen abführt. Die Steuerung eines Vakuumanschlusses dieser Bauart kann zweckmäßigerweise mit der Steuerung der Absperrorgane und/oder der Steuerung der Zufuhr des Schäumguts durch den Büllinåektor gekoppelt sein.
Auch können Heiz- bzw. Kühlmittel eintritt und -austritt der Kammer zusammen mit den Absperrorganen und/oder der Schäumgutzufuhr und/oder dem Vakuumanschluß steuerbar sein, sofern dies erwünscht ist.
Ist das Gegenteil erwünscht, so kann alternativ die Formheizung und Formkühlung unabhängig von der übrigen Medienführung steuerbar sein.
Sämtliche Anschlüsse können auf einfache Weise einem automatischen Steuerungssystem angeschlossen werden. Dies ist insbesondere bei einer Massenfertigung eines Formlings von Vorteil.
Der Vakuumanschluß für ein Abdichten der zusammengesetzten Formteile, der die Ausbildung diskreter Dichtungselemente in der Form entbehrlich macht, und der Evakuierungsanschluß können bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung an eine gemeinsame Vakuumquelle angeschlossen sein.
Durch die Erfindung wird somit eine Form geschaffen, die die Führung aller Funktionsmedien (Heiz- und Kühlmedium, Dampf für Materialbedampfung, Vakuum, Preßluft ermöglicht, ohne die Abkühlung zu beeinträchtigen. Weiterhin wird sichergestellt, daß das Kühlmedium nicht mit dem Formteil in Berührung kommt und die Form bei kurzer Zykluszeit einer Fertigung zu Beginn des Füllvorgangs trocken ist. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist energiesparend betreibbar und ermöglicht eine preßluftunterstützte Entformung, wenn der weitere Anschluß als R#eßluftzufuhr ausgelegt ist. Beim Füllen der Form kann über die gleiche Zuleitung des Leitungssystems der Formhohlraum evakuiert werden, so daß eine schnelle und vollständige Formfüllung auch bei komplizierten Geometrien erreichbar ist. Durch die Formbeheizung bei geöffneter Form wird das teilweise in der Bedampfungsleitung vorhandene Kondensat verdampft und teilweise abgesaugt, so daß beim Schließen der Form das den Formling aufnehmende Formnest trocken ist.
Ersichtlich ist der Aufbau gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik vereinfacht. Die bekannte Lösung nach dem System Erlenbach sieht getrennte Funktionsräume#der Form für den Sintervorgang vor (Heizen, Kühlen einerseits und Bedampfen andererseits). Nach der Erfindung sind Hei8- und Kühlmedium vom Bedampfungsmedium nicht nur getrennt, sondern es wird in das Bedampfungssystem zusätzlich ein Befüllungssystem (Vakuumanschluß) und gegebenenfalls ein Entformungssystem (Preßluftzufuhr) integriert, ohne den Aufbau der Vorrichtung zu kompli zieren, wodurch sich deutliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik ergeben. Beispielsweise können schwierige geometrische Formlinge nicht nur in Dünnwandtechnik, sondern auch gegebenenfalls in Dickwandtechnik ausgeführt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, ohne sich darauf einzuschränken, wobei alle aus der Zeichnung ersichtlichen Details auch zum Offenbarungsinhalt der Brfindung gehören.
In der aus der Fig. 1 bestehenden Zeichnung ist in einem Vertikalschnitt schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen eines trockenen Formlings nach der Erfindung gezeigt.
Es bedeuten: 1 oberes Formteil 2 unteres Formteil 3 Formhohlraum/Forml ing 4 Kammer Leitungssystem 6 Prallplatte 7 Reiz-/Kühlmitteleintritt 8 Kondensat-/Kühlmittelaustritt 9 Dampf zufuhr 10 Preßluftzufubr 11 Evakuierungsans chluß 12 Dampfdüse 13 Vakuumanschluß 14 Füllin#ektor 15 Vakuumringkanal 20 gemeinsame Leitung Nach Fig. 1 ist in einem unteren Formteil 2 ein oberes Formteil 1 in einer Weise eingepaßt, daß ein innerer Formhohlraum 3 entsprechend einem herzustellenden Formling gebildet ist.
Die Trennfläche zwischen den beiden Formteilen 1 und 2 weist einen Umfangsabsatz auf, so daß beide Formteile in Axial- und in Radialrichtung bezüglich zueinander fixiert sind.
Das obere Formteil 1 weist eine innere mittige Kammer auf, in die durch einen Eintritt 7 ein Reiz- bzw. ein Kühlmittel zwecks Beheizung bzw. Kühlung der entsprechenden Bordwand des Formnestes gelangen kann. Unmittelbar nach dem Eintritt 7 ist eine Prallplatte 6 vorgesehen, die das Strömungsmedium in geeigneterWeise ablenkt. Die Kammer weist ferner einen oberen Austritt 8 auf, durch den das Kondensat des &bgekühlten Reizmittels bzw. das Kühlmittel wieder abgeführt werden kann.
In entsprechender Weise ist in das untere Formteil 2 eine Kammer 4 integriert, deren Heiz- bzw. Kübimitteleintritt 7 und Kondensat- bzw. Kühimittelaustritt 8 axial nach unten weist. Auch in der unteren Kammer 4 ist eine Prallplatte 6 in der Nähe des Eintritts 7 vorgesehen.
Das untere Formteil 2 weist ferner in mittiger Anordnung einen Fu~llinjektor 14 auf, durch den vorexpandiertes Schäumgut in den Formhohlraum 3 zugeführt werden kann.
Vorgesehen ist ferner im unteren Formteil 2 ein inneres Leitungssystem 5. Dieses weist einen äußeren Anschluß in Form einer Dampfzufuhr 9 sowie zwei weitere Anschlüsse auf der anderen Seite der Form auf, die einer Freßluftzufuhr 10 und einem Evakuierungsanschluß 11 entsprechen.
Sämtliche Anschlüsse sind mit inneren (nicht gezeigten) Absperrorganen versehen, welche in einer Weise betätigbar sind, daß in einer offenen Stellung des Absperrorgans des einen Anschlusses die restlichen Absperrorgane geschlossen sind.
Die Preßluftzufuhr 10 und der Evakuierungsanschluß 11 münden in eine gemeinsame Leitung 20 ein, die an entsprechender Stelle durch die Kammerwand der Heiz- bzw. Kühlmittelkammer 4 ins Innere des unteren Formteils 2 geführt ist.
Das innere Ende der gemeinsamen Leitung 20 sowie das innere Ende der Dampfzufuhr 9 münden in einen Verteilerabschnitt des ~Leitungssystems 5 ein, der über eine Vielzahl von gleich verteilten Austrittsöffnungen und zugeordneten Dampfdüsen 12 des unteren Formteils 2 mit dem Formhohlraum 3 der Form in Verbindung steht. Die Ausführung ist so getroffen, daß lediglich das Leitungssystem 5 mit dem Formhohlraum 3 direkt verbunden ist, während die Xeiz- bzw. Kühlkammer 4 gegenüber dem Formhohlrauminnern durch die Formwand des unteren Formteils 2 abgeschlossen ist.
Im oberen Formteil 1 ist ferner ein sogenannter Vakuumanschluß 13 ausgebildet, der mit einem Vakuumringkanal 15 im Bereich des Absatzes der Trennfläche beider Formteile 1 und 2 verbunden ist.
Im Betrieb ist ein Vakuum an den Vakuumanschluß 13 und somit an der Trennfläche selbst angelegt, das bewirkt, daß durch den Trennspalt der Form eintretende Umgebungsluft durch den Vakuumanschluß 13 abgesaugt wird und nicht in den Formhohlraum gelangen kann. Durch eine derartige Vakuumabdichtung werden diskrete Dichtungselemente wie nach dem Stand der Technik entbehrlich.
Im Betrieb wird durch den Füllinjektor 14 des unteren Formteils 2 vorexpandiertes Schäumgut, beispielsweise Polystyrol, in Granulatform in den Formhohlraum 3 der Form eingebracht, wobei gleichzeitig der Evakuierungsanschluß 11 geöffnet ist und die Dampfzufuhr 9 sowie die Freßluftzufubr 11 des Deitungssystems 5 geschlossen sind. Durch den geöffneten, mit einer Vakuumquelle verbundenen Evakuierungsanschluß 11 tritt eine Unterdruckbefüllung der Form ein. In diesem Betriebszustand ist auch der Vakuumanschluß 13 in Betrieb, um ein Vakuum im Formhohlraum 3 aufrechtzuerhalten.
Nach einem Füllen des Formhohlraums 3 wird die Dampfzufuhr 9 geöffnet und Dampf in dem Formbohlraum 3 eingeleitet, der das Schäumgut erhitzt und dieses dadurch in die endgültige Konfiguration expandiert. Der in den Formhohlraum 3 eintretende Dampf bzw. das Kondensat dieses Dampfes wird durch den Vakuumanschluß 13 des oberen Formteils 1 und/oder den Evakuierungsanschluß 11 des Leitungssystems 5 abgeleitet.
Nach einem Aufschäumen des Schäumguts in die endgültige Konfiguration und nach einer Wärmebehandlung durch das Reiz-bzw. Kühlsystem der Kammer 4 sind Dampfzufuhr 9 und Evakuierungsanschluß 11 des Leitungssystems 5 geschlossen, während die Preßluftzufuhr 10 geöffnet ist und dadurch Druckmittel in den Formhohlraum 3 einleitet, wodurch die Formteile 1 und 2 getrennt werden und der hergestellte Formling aus dem Formnest gelöst wird.
In der Heiz- bzw. Kühlkammer des oberen Formteils 1 kann bei einer weiteren (nicht veranschaulichten) Ausführungsform nach der Erfindung ebenfalls ein Leitungssystem 5 vorgesehen sein. Entsprechende Anschlüsse sind dann an der Oberseite der Form verlegt.
In Zusammenfassung der Erfindung ist somit bei einer Vorrichtung zir Herstellung eines trockenen Formlings aus schäumbarem, thermoplastischem Kunststoff, beispielsweise aus expandierbarem Polystyrol, zumindest in einem Formteil der Form ein ~Leitungssystem 5 vorgesehen, das nicht nur die Dampfzufuhr 9 zum Aufschäumen des in den Formhohlraum 3 eingeführten Schäumguts enthält, sondern darüber hinaus zumindest einen weiteren äußeren Anschluß enthält, der zum Evakuieren des Formhohlraums 3 und/oder zum p#eßluftunterstützten Entformen der Form verwendet werden kann, wodurch insbesondere kürzere Zykluszeiten einer Fertigung und komplizierte Geometrien eines Formlings bei einfachem Aufbau der Vorrichtung realisierbar sind.

Claims

Patentansprüche (1. Vakuumdichte Vorrichtung zum Herstellen eines trockenen Formlings aus schäumbarem, thermoplastischem Kunststoff, insbesondere expandierbarem Polystyrol, mit zumindest zwei zueinander passenden abgedichteten Formteilen entsprechend dem herzustellenden Formling, einem oder mehreren Füllinjektoren zum Zuführen des Schäumguts, einer dem Formteil vorgelagerten abgeschlossenen Kammer zum Heizen bzw. Kühlen des Formnestes mit entsprechenden Zuführungs- und Abführungsöffnungen, und einer von der Kammer getrennten Dampfzufuhr zum Formhohlraum der Form zwecks Aufschäumen des eingefüllten Schäumguts, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Fcrmhohlraum (3) der Formteile (1,2) führende Dampfzufuhr in einem Leitungssystem (5) angeordnet ist, das zumindest einen weiteren äußeren Anschluß (10,11) enthält.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise nur eine Formhälfte eine Heiz- Kühlkammer hat und kein Leitungssystem und keine Düsen bzw. öffnungen zum Formling besitzt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die weiteren Anschlüsse ein Evakuierungsanschluß (11) oder/und eine Preßluftzufuhr (10) ist bzw. sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere Anschlüsse in Form eines Evakuierungsanschlusses (11) und einer Preßluftzufuhr (10) vorgesehen sind, die in eine gemeinsame Leitung (20) des Leitungssystems (5) einmünden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (9,10,11) auf einer Seite seitlich in die Kammer (4) des Formnestes geführt und gegen die Kammerwand abgedichtet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl in der Dampfzufuhr (9) als auch in den weiteren Anschlüssen in Form des Evakuierungsanschlusses (11) und der Preßluftzufuhr (10) jeweils ein Absperrorgan angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan des Evakuierungsanschlusses (11) und das Absperrorgan der Preßluftzufuhr (10) wechselweise schließbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrorgane der Dampfzufuhr (9), der Preßluftzufuhr (10) und des Evakuierungsanschlusses (11) in einer Weise steuerbar sind, daß bei Öffnung des einen Absperrorgans die restlichen Absperrorgane geschlossen sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Absperrorgane mit der Steuerung der Zufuhr des Schäumguts durch den Füllinjektor (~4) gekoppelt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vakuumanschluß (13) zwecks Abdichten der zusammengesetzten Formteile (1, 2) vorgesehen ist, dessen Steuerung mit der Steuerung der Absperrorgane und/oder der Steuerung der Zufuhr des Schäumguts durch den Füllinjektor (14) gekoppelt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Heiz- bzw. Kühlmitteleintritt (7) und -austritt (8) der Kammer (4) zusammen mit den Absperrorganen und/oder der Schäumgutzufuhr und/oder dem Vakuumanschluß (13) steuerbar sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch .gekennzeichnet, daß die Steuerung der Anschlüsse automatisch erfolgt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumanschluß (13) zwecks Abdichten der zusammengesetzten Formteile (1, 2) und des Evakuierungsanschlusses (11) an eine oder zwei Vakuumquellen angeschlossen sind.