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Vorrichtung zur Herstellung eines Formlings unter Vakuum-
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einwirkung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung
eines Formlings aus schäumbarem, thermoplastischem Kunststoff, einer Schmelze oder
dergleichen unter Vakuumeinwirkung zwecks Evakuieren der Form, mit zumindest zwei
zueinander passenden im Bereich der Trennfläche der Form abgedichteten Formteilen
entsprechend dem herzustellenden Formling und einer Einrichtung zum Zuführen des
zu verformenden Schäum- oder Spritzguts sowie einer Einrichtung zum Evakuieren der
Form.
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Es ist bekannt, Vorrichtungen zur Herstellung eines Formlings aus
schäumbarem, thermoplastischem Kunststoff, beispielsweise aus expandierbarem Polystyrol
(EPS), die nach dem Vakuumprinzip zwecks Evakuieren der Form arbeiten, in
der
Trennfläche mit einer (körperlichen) Dichtung auszubilden, die im Betrieb ein Vakuum
im Formhohlraum ermöglicht. Vakuumausbildung wird angestrebt, um beispielsweise
die zum Einführen eines granulierten Materials benutzte Druckluft aus dem Formhohlraum
oder den in den mit schäumbarem Gut vorgefüllten Formhohlraum zugeleiteten Heißdampf
wieder abzusaugen, welcher zum Expandieren des schäumbaren Guts in die endgültige
Form benötigt wird. Die Güte des im Betrieb vorhandenen Vakuums beeinflußt entscheidend
die Zykluszeit der Herstellung eines Formgegenstands, insbesondere dann, wenn komplizierte
Außenkonfigurationen des Formlings gegeben sind. Als körperliche Dichtungen kennt
man nach dem Stand der Technik Dichtungselemente aus verschiedensten Materialien,
wie aus Gummi oder aus einer Gummimischung, aus Klingeritt oder dergleichen. Auch
Teflon-Verbindungen sind bei temperierten Formen zu erwähnen, die als Rund- oder
Flachdichtungen verschiedenster Härte verwendet werden. Nachteilig bei den bekannten
Dichtungselementen ist, daß diese bei ständig wechselnden thermischen und mechanischen
Beanspruchungen während eines Schäumvorgangs oder eines Öffnens und Schliessens
der Form Belastungen ausgesetzt sind, die zu einem vorzeitigen Verschleiß führen.
Um ein gutes Vakuum im Betrieb zu schaffen, müssen sauber vorgearbeitete Dichtungsflächen
in der Trennfläche der Form eingearbeitet werden. Darüber hinaus müssen für einen
zufriedenstellenden Halt der Dichtung an der vorgesehenen Stelle Nuten und/oder
ein Klebematerial zum Festkleben des Dichtungsmaterials vorgesehen sein. Verschleißanfällige
Dichtungselemente führen insbesondere zu Formlingen verminderter Qualität und erhöhter
Zyklus zeit in der Herstellung und müssen bei Uberschreiten der Toleranzgrenze gegen
neue Dichtungselemente ausgetauscht werden, mit der Folge eines Stillstands der
Produktion.
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Bei Vermeidung vorgenannter Nachteile des Stands der Technik ist es
Aufgabe der Erfindung, eine nach dem Vakuumprinzip arbeitende Vorrichtung zur Herstellung
eines Formlings der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau
sehr leistungsfähig und zuverlässig im Betrieb ist.
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Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch, daß
die Abdichtung zwischen den Formteilen durch eine in der Trennfläche der Form integrierte
Va#rnnadichtung gebildet ist, die an einen Vakuumanschluß an#eschlossen ist und
den Formhohlraum längs des Umfangs der Trennfläche zumindest zum Großteil umschließt.
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Bei der Erfindung ist im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen
zur Herstellung eines Formlings kein separat es Dichtungselement vorgesehen, sondern
es ist die Abdichtungsstelle vielmehr in Form einer Vakuumdichtung in der Urennfläche
selbst integriert. Da kein separates bichtungselement vorgesehen ist, ergibt sich
in besonders vorteilhafter Weise eine praktisch verschleißfreie wartungsfreie Dichtungsmöglichkeit,
die hohen thermischen und mechanischen Beanspruchungen gewachsen ist, und dadurch
Produktionsstörungen infolge schadhafter Dichtungen wie nach dem Stand der Technik
ausgeschlossen sind.
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In vorteilhafter Weiterbildung kennzeichnet sich die rfindung dadurch,
daß der Vakuumanschluß der Takuumdichtung sowie der Evakuierungsanschluß der Form
an die gleiche Vakuumquelle angeschlossen sind. Dadurch kann das Betriebssystem
der Vekuumabdichtung mit dem ohnehin vorhandenen Evakuierungsbetriebssystem integriert
werden, so daß durch die Vakuumabdichtung der Erfindung kein zusätzlicher Aufwand
entsteht.
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Die Trennfläche der (zumeist zwei) Formteile kann mit Umfangsabsätzen
versehen sein, in die die Vakuumdichtung eingearbeitet ist, insbesondere in Form
eines geschlossenen Umfangskanals im Bereich des Absatzes, wobei die Kanalwände
äußere und innere Dichtkanten bestimmen die auf gleichem Umfang liegen können.
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Insbesondere können zwei Umfangsabsätze in der Trennfläche der Form
vorgesehen sein, wobei im Bereich des (bezogen auf die Atmosphäre) äußeren Absatzes
die Vakuumdichtung vorgesehen ist, während im Bereich des inneren Absatzes der Evakuierungsanschluß
der Form ausgebildet ist, der im Aufbau der Vaknumdichtung gleicht.
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In alternativer Ausgestaltung kann bei im wesentlichen absatzloser
planer Trennfläche der Form die Vakuumdichtung durch eine Umfangsnut in der trennfläche
des einen Formteils gebildet sein.
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Kicht nur die Vakuumdichtung, sondern auch der Evakuierungsanschluß
kann eine Umfangsnut aufweisen, die, bezogen auf die Atmosphäre, an radial innerer
Stelle der Trennfläche gelegen ist.
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Zweckmäßigerweise sind beide Umfangsnuten im gleichen Formteil eingearbeitet,
so daß sich eine einfache Fertigung ergibt.
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Umfangskanäle und/oder Umfangsnuten sind bei einer vorteilhaften Ausftihrungsform
der Erfindung kreisringförmig gestaltet.
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Reben der Vakuumdichtung kann auch eine zusätzliche Abdichtung in
Form einer Gummimanschette vorgesehen sein, die den (bezogen auf die Atmosphäre)
äußeren Trennspalt der zusammenge
setzten Formteile umfangsmäßig
abdeckt. Der Trennspalt, durch den ohne Ausbildung der Gummimanschette bei Betrieb
der Vakuumdichtung Luft von außen nach innen strömen wurde, bewirkt ein Ansaugen
der Gummimanschette und dadurch eine Erhöhung der Abdichtwirkung, wobei die Abdichtwirkung
umso höher ist, je größer das Vakuum ist.
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Bei der Erfindung sind somit ein äußerer Vakuumring entsprechend einer
Vakuumabdichtung sowie ein innerer Vakuumring entsprechend einem Evakuierungsanschluß
vorgesehen, wobei letzterer primär zum Evakuieren der Form für die eingangs genannten
Zwecke fungiert. Im Betrieb wird durch den äußeren Vakuumring ein Nachströmen von
Luft in den Formhohlraum verhindert, wenn dort ein Vakuum durch den inneren Vakuumring
angelegt wird. Die Erfindung ist praktisch bei allen Formen für die Herstellung
oder Verarbeitung von Materialien anwendbar, bei denen der Formhohlraum mit Unterdruck
gefüllt wird. Besonders geeignet ist die Erfindung bei Formen für die Herstellung
dünnwandiger EPS-Teile sowie bei Formen für die Herstellung dickwandiger Teile,
bei einfacher wie auch komplizierter Formlinggeometrie.
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Als Formgut kann nicht nur EPS, sondern auch Kunststoffe oder Metall
Verwendung finden (z.B. Spritzguß oder Druckguß).Somit kann ein breites Spektrum
an Formlingen durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gefertigt werden, z.B. dünnwandige
Becher aus expandierbarem Polystyrol bis zu Metallguß- Rädern.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, ohne sich darauf einzuschränken, wobei
alle aus der Zeichnung ersichtlichen Details mit zur Offenbarung der Erfindung gehören;
es zeigt:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Vorrichtung nach
der Erfindung, wobei eine Trennfläche mit Absätzen vorgesehen ist, Fig. 2 einen
der Fig. 1 ähnlichen Schnitt durch eine andere Ausführungsform nach der Erfindung
mit im wesentlichen planer Trennfläche der Form, und Fig. 3 eine Draufsicht auf
die untere Formhälfte der Vorrichtung gemäß Fig. 2.
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In der Zeichnung sind gleiche Geile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es bedeuten: 1 oberes Formteil 2 unteres Formteil 3 Formling/Formhohlraum
4 Abdeckplatte 5 Zulauf 6 Evakuierungsspalt äußere Dichtkante 8 innere Dichtkante
9 Umfangskanal 10 Vakuumdichtung 11 Vakuumanschluß 12 Evakuierungsanschluß 13 Anschlußkanal
14 Anschlußkanal 15 äußerer Trennspalt 16 Gummimanschette 18 Verbindungskanal 19
Umfangskanal 20 Umfangsnut 21 innere Umfangsnut 22 Radialanschnitt
Gemäß
Fig. 1 weist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Formlings aus schäumbarem, thermoplastischem
Kunststoff, beispielsweise aus expandierbarem Polystyrol, ein oberes Formteil 1
und ein unteres Formteil 2 auf, die formschlüssig ineinandergepaßt sind, um einen
inneren Formhohlraum 3 auszubilden, der einem herzustellenden Formling entspricht.
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Beide Formteile 1, 2 sind radial symmetrisch um die Vertikalachse
ausgebildet und sind durch eine obere Abdeckplatte 4 abgedeckt.
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Das untere Formteil besitzt einen mittigen Zulauf 5 zum Zuführen des
zu verformenden Schäunguts von unten. Die Form weist ferner nicht dargestellte Dampfdüsen
sowie einen Kühlwasserzu- und -abfluß auf, die der tibersichtlichkeit halber in
der Zeichnung nicht dargestellt sind.
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Die Trennfläche der aus oberem Formteil 1 und unterem Formteil 2 bestehenden
Form weist nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zwei Absätze auf, die sich kreisförmig
um die Mittelachse über den gesamten Umfang erstrecken und sowohl in Radial- als
auch in Axialrichtung beide Formteile in ihrer Stellung bezüglich zueinander festlegen
und dadurch den Formhohlraum 3 bestimmen.
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Der eine Umfangsabsatz der Trennfläche der Form, der näher zur umgebenden
Atmosphäre gelegen i#t, bestimmt im wesentlichen die erfindungsgemäße Vakuumdichtung
10, während der andere Umfangsabsatz der Trennfläche dem Evakuierungsanschluß 12
der Form zugeordnet ist, der zum Evakuieren des eigentlichen Formhohlraums 3 im
Betrieb der Vorrichtung vorgesehen ist.
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Die Vakuumdichtung 10 weist in Höhe des äußeren Umfangsabsatzes der
Grenufläche einen Umfangskanal 9 auf, der mehrere auf dem Umfang verteilte axial
sich nach oben
erstreckende Anschlußkanäle 14 besitzt, die durch
die obere Abdeckplatte 4 verlaufen und mit dem Vakuumanschluß 11 verbunden sind.
Der Umfangskanal 9 bestimmt durch die radial äußerste Begrenzung seiner oberen Seitenwand
eine (bezogen auf die Atmosphäre) äußere Dichtkante 7 sowie durch die radial äußerste
Begrenzung seiner unteren Seitenwand eine innere Dichtkante 8, die beide auf gleichem
Umfang gelegen sind. Umfangskanal 9 sowie Anschlußkanäle 14 erstrecken sich im oberen
Formteil 1.
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Der Evakuierungsanschluß 12 zum Evakuieren des Formhohlraums 3 gleicht
in seinem Aufbau dem mit der Vakuumdichtung 10 verbundenen Vakuumanschluß 11, ist
jedoch dem anderen (radial inneren) Umfangsabsatz der Trennfläche der Form zugeordnet.
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Demnach ist im oberen Formteil 1 an entsprechender Stelle ein sich
über den gesamten Umfang erstreckender ringförmiger Umfangskanal 19 vorgesehen,
der mit axial sich erstreckenden Anschlußkanälen 13 verbunden ist, die mit dem Evakuierungsanschluß
12 in Verbindung stehen. Die gemäß Fig. 1 unterste Seitenwandung des Umfangskanals
9 bestimmt durch ihre äußerste Radialerstreckung die Breite eines sogenannten Evakuierungsspaltes
6, der sich ebenfalls um den gesamten Umfang der Form ringförmig erstreckt und durch
den die eigentliche Evakuierung des Forminnenraums vollzogen wird. Im praktischen
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, das für ein Schäumen von expandierbarem Polystyrol
(EPS) vorgesehen ist, beträgt der Evakuierungsspalt 6 je nach Perlengröße des Polystyrols
0,2 bis maximal ca. 1 mm.
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Vakuumanschluß 11 und Evakuierungsanschluß 12 sind zweckmäßigerweise
an eine gemeinsame (nicht veranschaulichte) Vakuumquelle angeschlossen, jedoch getrennt
steuerbar, die beispielsweise in Form eines Vakuumkessels mit einer Vakuumpumpe
ausgebildet sein kann, die im Vakuumkessel ein konstantes Vakuum von ca. 3 Torr
erzeugt.
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Im Betrieb der Vorrichtung wird zwecks Herstellen eines Formlings
aus expandierbarem Polystyrol nach einem Zusammensetzen der beiden Formteile 1 und
2 sowie gegebenenfalls nach einer Verriegelung der Teile vorgeschäumtes Polystyrol
in Granulatform durch den Zulauf 5 mittels Druckluft dem Formhohlraum 3 zugeleitet
und gleichzeitig die ursprünglich im Formhohlraum 3 vorhandene Luft sowie die zugeleitete
Druckluft durch den Evakuierungsspalt 6 bei Betrieb des Evakuierungsanschlusses
12 abgeleitet. Die Breite des Evakuierungsspalts 6 ist so gewählt, daß das Granulat
nicht in den Evakuierungsanschluß 12 austreten kann. Zum Evakuieren der Form ist
es erforderlich, vorher, nachher oder gleichzeitig auch den Vakuumanschluß 11 zu
betreiben, so daß ein Nachströmen von Luft von der Atmospäre durch den äußeren Trennspalt
15 längs der Trennfläche der beiden Formteile 1 und 2 zum Formhohlraum 3 zuverlässig
verhindert wird, vielmehr die von außen eintretende Luft in den Vakuumanschluß 11
abgezogen wird.
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Die Leistung der Vakuumdichtung hängt wesentlich von der Paßform der
äußeren Dichtkante 7 sowie der Paßform der inneren Dichtkante 8 ab.
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Ersichtlich weist die erfindungsgemäß ausgestaltete Vakuumdichtung
10 keine diskreten Dichtungselemente auf, die im Betrieb aufgrund hoher thermischer
und mechanischer Beanspruchung verschlissen werden können. Der Evakuierungsanschluß
12 und der Vakuumanschluß 11 sind auch nach einem Vorfüllen des Formhohlraumes 3
mit Schäumgut in Betrieb, wenn das Schäumgut, beispielsweise Polystyrol, auf seine
endgültige Form durch Erhitzen beispielsweise mittels zugeleitetem Heißdampf, expandiert
wird, wobei dann der zugeleitete Heißdampf durch den Evakuierungsspalt 6 in den
Evakuierungsanschluß 12 abgeleitet wird.
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Zwecks Erhöhung der Dichtwirkung ist nach dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 1 eine Gummimanschette 16 vorgesehen, die bei zusammengesetzter Form
den äußeren Trennspalt 15 umfangsmäßig abdeckt und bei Betrieb des Vakuumanschlusses
11 an den Trennspalt 15 formabdichtend angezogen wird.
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Das in den Fig. 2 und 3 gezeigte Ausführungsbeispiel sieht ein oberes
Formteil 1 sowie ein unteres Formteil 2 mit im wesentlichen planer Trennfläche vor,
die keine Umfangsabsätze aufweist. Die Vakuumdichtung 10 dieser Ausfuhrii#ngsform
wird im wesentlichen durch eine Umfangsnut 20 gebildet, die praktisch über den gesamten
Umfang im unteren Formteil 2 radial symmetrisch um die vertikale Mittelachse eingearbeitet
und mit dem außermittig sich axial nach unten im unteren Formteil 2 erstreckenden
Vakuumanschluß 11 verbunden ist.
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* Der Zulauf 5 zum Zuführen des Materials in den Formhohlraum 3 erfolgt
durch das obere Formteil 1 in Axialrichtung der Form sowie durch eine in der Trennfläche
ausgebildete Radialrinne, die den Zulauf 5 mit dem Formhohlraum 3 verbindet.
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An radial innerer Stelle ist im unteren Formteil 2 konzentrisch zur
Umfangsnut 20 eine weitere innere Umfangsnut 21 vorgesehen, die mit dem Evakuierungsanschluß
12 über einen Verbindungskanal 18 verbunden ist. Der Verbindungskanal 18 liegt hierbei
diametral zum Zulauf 5, und es ist die innere Umfangsnut 21 im Bereich des Zulaufs
5 unterbrochen, während die (äußere) Umfangsnut 20 im Bereich des Verbindungskanals
18 unterbrochen ist. Die innere Umfangsnut 21 weist auf dem Umfang verteilte Radialanschnitte
22 auf, die zum Formhohlraum 3 führen. Zweckmäßigerweise sind vier Radialanschnitte
vorzusehen, die umfangsmäßig gleich verteilt sind.
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* (kann auch Kunststoff oder Metall sein)
Evakuierungsanschluß
12 und Vakuumanschluß 11 können auch bei diesem Ausführungsbeispiel an eine gemeinsame
Vakuumquelle angeschlossen sein.
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In Zusammenfassung der Erfindung ist somit eine Vorrichtung zur Herstellung
eines Formlings aus schäumbarem, thermoplastischem Kunststoff, einer Metallschmelse
oder dergleichen unter Vakuumeinwirkung zwecks Evakuieren der Form vorgesehen, die
zumindest zwei zueinander passende Formteile entsprechend dem herzustellenden Formling
aufweist. Die Formteile sind im Bereich der Trennfläche durch eine Vakuumabdichtung
abgedichtet, die in integrierter Weise in der Trennfläche der Form eingearbeitet
ist und sich längs des Umfangs der Trennfläche der Form zumindest über den Großteil
des Umfangs erstreckt, wobei die Vakuumdichtung ein in die Trennfläche des einen
Formteils eingearbeiteter Umfangskanal sein kann, der an eine äußere Vakuumquelle
anschließbar ist. Aufgrund der integriert in der Trennfläche der Form eingearbeiteten
Vakuumdichtung werden verschleißanfällige Dichtungsteile wie nach dem Stand der
Technik vermieden.