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WO2015052267A1 - Injektor zum befüllen eines formwerkzeugs sowie verfahren zur herstellung von formteilen aus geschäumten polymerpartikeln - Google Patents

Injektor zum befüllen eines formwerkzeugs sowie verfahren zur herstellung von formteilen aus geschäumten polymerpartikeln Download PDF

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WO2015052267A1
WO2015052267A1 PCT/EP2014/071605 EP2014071605W WO2015052267A1 WO 2015052267 A1 WO2015052267 A1 WO 2015052267A1 EP 2014071605 W EP2014071605 W EP 2014071605W WO 2015052267 A1 WO2015052267 A1 WO 2015052267A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
polymer particles
foamed polymer
filler neck
gas
injector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
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PCT/EP2014/071605
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English (en)
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WO2015052267A9 (de
Inventor
Markus Buscher
Gerhard Weis
Jürgen Bartl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
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Publication of WO2015052267A9 publication Critical patent/WO2015052267A9/de
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    • B29C31/041—Feeding of the material to be moulded, e.g. into a mould cavity using filling or dispensing heads placed in closed moulds or in contact with mould walls
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    • B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/12—Thermoplastic materials

Definitions

  • Injector for filling a mold and method for producing molded parts from foamed polymer particles
  • the invention relates to an injector for filling a mold for the production of molded parts made of foamed polymer particles, comprising a channel for supplying foamed polymer particles, at least one channel for supplying a gas, a filler neck and an injector, wherein the filler neck to the channel for supplying foamed polymer particles and the channel for supplying the gas in front of the filler neck into the channel for supplying foamed polymer particles opens, and wherein the injector piston at its end facing the mold has a cross-sectional area corresponding to the cross-sectional area of the filler neck, and is guided so that polymer particles from the Filler can be pressed into the mold with the aid of the injector piston. Furthermore, the invention relates to a method for producing a molded part of foamed polymer particles.
  • molded parts made of foamed thermoplastic polymer particles there are many applications. For example, they can be used as load carriers, seat cushions, mattresses or even outsoles in shoes.
  • the foamed polymer particles are introduced into a mold and there, on the basis of the existing technology of currently used molding machines, steam is applied or heated, so that they fuse together on their outer side.
  • injectors are used for filling the mold for the production of molded parts made of foamed thermoplastic polymer particles, through which the foamed polymer particles are injected by means of an air flow into the mold.
  • the injector with a filler neck is connected to the mold.
  • An injector piston is guided into the filler neck, so that the particles contained in the filler neck are pressed into the mold.
  • a disadvantage of the injector according to the prior art is that a quantity of foamed polymer particles collects in the filler neck, which can no longer be pressed into the mold with the injector piston. This creates an undesirable nozzle on the molded part.
  • An injector which can be used for filling a mold for the production of molded parts from foamed thermoplastic polymer particles is described, for example, in EP-A 1 813 409. This has a central channel for supplying the foamed polymer particles and an annular gap for blowing in air. A second annular gap is used to introduce water vapor after filling the mold.
  • the object of the present invention is therefore to provide an injector and a method for the production of molded parts made of foamed thermoplastic polymer particles, can be made with the moldings that have no connection at the junction of the injector.
  • an injector for filling a mold for the production of molded parts from foamed polymer particles comprising a channel for supplying foamed polymer particles, a filler neck and an injector piston, wherein the filler neck adjoins the channel for supplying foamed polymer particles and wherein the Jektorkolben has at its end facing the mold a cross-sectional area corresponding to the cross-sectional area of the filler neck, and is guided so that polymer particles from the filler neck by means of the injector piston can be pressed into the mold, wherein the filler neck has at least one opening, through the compressed gas can be introduced into the filler neck.
  • the object is achieved by a method for producing a molded part from foamed polymer particles, comprising the following steps:
  • the introduction of compressed gas into the filler neck avoids that the filler neck also completely fills after filling the mold.
  • the gas stream thus generated ensures a swirling of the foamed polymer particles in the filler neck and, after complete filling of the molding tool, causes a return flow of the foamed polymer particles into the injector.
  • This avoids so many foamed polymer particles collect in the filler neck, that forms after injection of the foamed polymer particles from the filler neck into the mold with the injector piston a nozzle on the thus formed component. In this way, the injector piston can be flush with the inner wall of the mold, so that a smooth surface of the molded part to be produced can be realized.
  • the injector has at least one channel for supplying a gas, which opens into the channel for supplying foamed polymer particles in front of the filler neck.
  • the channel is included for supplying at least one gas, it is possible to support the filling process by supplying compressed gas through the channel for supplying at least one gas.
  • compressed gas is supplied through the at least one channel for supplying a gas after filling the mold.
  • pressurized gas is introduced into the filler neck only through the openings for the introduction of compressed gas.
  • the introduction of pressurized gas through the openings for the introduction of compressed gas into the filler neck and optionally through the at least one channel for supplying a gas serves to generate a counterflow in the channel for supplying the foamed polymer particles, so that transported no further foamed polymer particles in the direction of the mold and accumulate in the area of the filler neck.
  • the transport of the foamed polymer particles through the channel for the supply of the foamed polymer particles preferably also takes place with the aid of a gas.
  • the foamed polymer particles are hereby blown with the gas through the channel for feeding the foamed polymer particles into the mold.
  • any gas that is inert to the polymer used can be used. Suitable gases are, for example, noble gases, nitrogen, carbon dioxide, water vapor or air. Preference is given to nitrogen, water vapor or air and air is particularly preferred as the gas.
  • the compressed gas, which is injected at the end of the filling process through the openings for introducing a gas into the filler neck and optionally the channel for supplying a gas is preferably the same gas as that which is also used to transport the foamed polymer particles. Particularly preferred here is compressed air.
  • the gas used for transporting the foamed polymer particles and the gas supplied through the openings for introducing compressed gas in the filler neck and optionally through the channel for supplying a gas preferably has a pressure in the range of 0 to 8 bar above the atmospheric pressure.
  • the heating of the foamed polymer particles filled into the mold to join them to the molded article can be accomplished in any suitable manner. It is particularly preferred if for this purpose a hot gas stream is passed through the mold.
  • Suitable gas is any gas which is inert to the polymer used. In particular, water is used as the gas.
  • an injector via which also the gas, in particular water vapor, for the connection of the foamed polymer particles is introduced, as for example with the in
  • the injector piston whose diameter is smaller than that of the foamed polymer particles, so that the steam can flow into the mold through the bores in the injector piston.
  • a separate feed device for the water vapor for this purpose, any, known to those skilled supply device can be used, in particular those as they are already used for water vapor addition in the mold.
  • the opening for introducing compressed gas into the filler neck is oriented so that the supplied compressed gas has a velocity component perpendicular to the axis of the filler neck.
  • the velocity component perpendicular to the axis of the filler neck creates a cross flow through which the foamed polymer particles are fluidized.
  • the opening for introducing compressed gas may be oriented perpendicular to the axis of the filler neck or at any angle greater than 0 ° to the axis of the filler neck.
  • the opening for the introduction of compressed gas at an angle in the range of 30 ° to 90 °, in particular in the range of 75 ° to 90 ° and very particularly aligned at an angle of 90 °, ie perpendicular to the axis of the filler neck.
  • the opening for the introduction of compressed gas is aligned at an angle smaller than 90 ° to the axis of the filler neck, the opening may be inclined in any direction. However, a slope is preferably parallel to the axis of the filling opening and it is particularly preferred if the inclination is formed so that the compressed gas is blown in the direction of the mold.
  • the compressed gas is also supplied via the opening for the introduction of compressed gas in the filler neck during the entire filling process.
  • the opening for the introduction of compressed gas is directed in the direction of the injector, it is advantageous to introduce pressurized gas through the opening for introducing pressurized gas into the filler neck, when the mold is already filled, to avoid that the foamed polymer particles before the full filling of the mold are blown away from the mold again.
  • the pressure of the gas in the injector is then higher, while following the filling process, the pressure of the introduced via the opening for introducing pressurized gas into the filler neck gas is increased so that the particles that no longer fit into the mold be blown back into the injector against the delivery process.
  • the opening for introducing the compressed gas into the filler neck is formed perpendicular to the axis of the filling opening, it is advantageous to inject the compressed gas only then, when the mold is already filled or alternatively to increase the pressure or the volume flow of injected into the filler neck compressed gas as soon as the mold is completely filled, to avoid here that the mold is not completely filled or the filling process too long in Claim takes.
  • each opening In order to supply all openings with compressed gas at several openings for introducing the compressed gas, it is possible to provide each opening with its own supply line for pressurized gas. However, it is preferred to feed all openings with a common feed line. For this purpose, it is possible, for example, to connect the at least two openings for supplying pressurized gas into the filler neck with a gas distribution ring enclosing the filler neck. About the gas distribution ring, the individual openings for supplying compressed gas are then supplied with the compressed gas. In order to supply the gas distribution ring with compressed gas, this has at least one port through which compressed gas can be supplied.
  • the injector In order to avoid that the injector piston disturbs the flow of the foamed polymer particles during filling of the mold, it is advantageous to design the injector so that the injector piston is in a position at rest, that is to say during the filling of the mold with the foamed polymer particles , which is located behind an addition point for the foamed polymer particles.
  • the foamed polymer particles can in this case be supplied, for example, by an addition point provided laterally on the injector.
  • the diameter of the channel for supplying the foamed polymer particles is larger than the diameter of the filler neck, it is also possible for the foamed polymer particles to flow around the injector piston during the filling of the molding tool.
  • it is preferable to select the position of the injector piston so that the foamed polymer particles are supplied in front of the injector piston, so that a flow around the injector piston is not required.
  • the channel for supplying gas which is injected at the end of the filling process to generate a flow opposite to the transport direction of the foamed polymer particles, so that no further foamed polymer particles are transported in the direction of the mold, is formed in one embodiment, that the channel for supplying gas coaxially surrounds the channel for supplying foamed polymer particles.
  • the gas is injected at the end of the channel via an annular gap in the channel for supplying the foamed polymer particles. This will ensure a uniform achieved flow so that no dead spaces can arise in which foamed polymer particles can accumulate.
  • At least two channels for the supply of gas are guided parallel to the channel for supplying foamed polymer particles, wherein the channels for supplying gas evenly distributed around the channel for supplying foamed polymer particles are arranged.
  • the evenly distributed arrangement of the channels for supplying gas around the channel for the supply of the foamed polymer particles a uniform flow is generated here in order to avoid the formation of dead spaces in which foamed polymer particles can accumulate.
  • the foamed polymer particles In order to be able to join the foamed polymer particles in the mold by heating, for example by blowing in steam, to form a molded part, it is preferred for the foamed polymer particles to contain a thermoplastic polymer.
  • the thermoplastic polymer used for the foamed thermoplastic polymer particles may be any thermoplastic.
  • the foamed thermoplastic polymer selected from expanded polypropylene (E-PP), expanded polyethylene (E-PE), expanded polystyrene (E-PS) and expanded thermoplastic polyurethane (E-TPU) and mixtures of these polymers or monomer units of these polymers containing copolymers.
  • the foamed thermoplastic polymer is an expanded thermoplastic polyurethane.
  • the foamed thermoplastic polymer may contain any fillers and additives used to process thermoplastic polymers. Corresponding fillers and additives are known to the person skilled in the art.
  • the foamed thermoplastic polymer may include, for example, lubricants, plasticizers, UV stabilizers, colorants, pigments, and any other additives commonly added to polymers.
  • fillers or reinforcing materials for example fibers, in particular short fibers may be contained.
  • the foamed thermoplastic polymer contains an inner or outer lubricant. This is usually added as an additive in the production of the foamed thermoplastic polymer particles.
  • the inner or outer lubricant adheres to the surface of the individual foamed thermoplastic polymer particles and thus promotes a lubricating effect, whereby caking can be prevented.
  • the individual foamed thermoplastic polymer particles generally have an average diameter in the range of 1 to 10 mm, in particular in the range of 1, 5 to 6 mm.
  • the bulk density of the foamed thermoplastic polymer particles is preferably in the Range of 5 to 600 g / l, more preferably in the range of 10 to 500 g / l and in particular in the range of 15 to 200 g / l.
  • the shape of the foamed thermoplastic polymer particles may be arbitrary, for example, cylindrical or spherical or ellipsoidal. It is particularly preferred if the foamed thermoplastic polymer particles have a spherical shape.
  • FIG. 1 shows a first step of a method for producing a molded part from foamed polymer particles
  • FIG. 2 shows a second step of the method for producing a molded part from foamed polymer particles
  • FIG. 3 shows a third step of the method for producing a molded part from foamed polymer particles
  • FIG. 4 shows a fourth step of the method for producing a molded part of foamed polymer particles.
  • FIG. 1 shows a first step of a method for producing a molded part from foamed polymer particles.
  • the foamed polymer particles 1 are fed by means of a gas stream 3 to a central channel 5 of an injector 7.
  • gas can be used any suitable inert to the polymer gas. Suitable gases are, for example, air, nitrogen or water vapor, in particular air.
  • the injector 7 comprises a filler neck 9, with which the injector 7 is connected to a molding tool 1 1.
  • the foamed polymer particles 1 are blown by means of the gas stream 3 through the filler neck 9 in the mold 1 1.
  • the central channel 5 is enclosed by an annular channel 13 through which additional gas is supplied.
  • the annular channel 13 opens in an annular gap 15 at the end of the central channel 5.
  • the annular channel 13 has in the embodiment shown here at its end in the region of the annular gap 15 has a conical diameter constriction 17, in which the diameter decreases to the diameter of the filler neck 9 ,
  • the diameter constriction 17 shown here it is of course also possible to design the diameter constriction in any other geometry. For example, a gradual narrowing in one or more stages is possible.
  • the diameter constriction can also be formed with a radius concave or convex or elliptical, parabolic or hyperbolic. Also mixed forms are possible.
  • gas which is passed through the annular channel 13 preferably the same gas is used, which is also used to transport the foamed polymer particles 1 through the central channel 5.
  • At least one opening 19 for supplying compressed gas is formed in the filler neck 9.
  • a plurality of openings 19 are provided for the supply of compressed gas, wherein the openings may be arranged at any distance or equidistant from each other.
  • the supply of the compressed gas to the openings 19 is preferably via a gas distribution ring 23.
  • the gas distribution ring 23 encloses an inner wall 15 of the filler neck 9 and the openings 19 each open at one end in the gas distribution ring 23. In this way, all openings 19 evenly with compressed gas provided.
  • the compressed gas which is supplied via the openings 19 is also preferably the same as the gas used to transport the foamed polymer particles.
  • the compressed gas supply of the gas distribution ring 23 is preferably effected via a gas connection 25.
  • a gas connection 25 In addition to only one gas connection 25, as shown here, it is also possible to provide a plurality of gas connections to the gas distribution ring 23. However, only one gas connection 25 is preferred.
  • annular gap 15 and the openings 19 it is possible, for example, to close the annular gap 15 and the openings 19 with a grid whose mesh size is smaller than the minimum diameter of the foamed polymer particles.
  • annular gap it is also possible to produce the annular gap with a gap width which is smaller than the minimum diameter of the foamed polymer particles and the openings 19 with a correspondingly small opening diameter.
  • individual channels instead of the annular channel 13, which open directly in front of the filler neck 9 in the central channel 5.
  • FIG. 2 shows a second step of the method according to the invention.
  • the molding tool 1 1 is completely filled with foamed polymer particles 1. Due to the gas flow through the annular channel 13 and annular gap 15, a back flow in the central channel 5, so that no further foamed polymer particles 1 are transported in the direction of the filler neck 9. In addition, with the aid of the injected through the openings 19 compressed gas foamed polymer particles that no longer fit into the mold 1 1, blown out of the filler neck 9 back into the central channel 5. This prevents that foamed polymer particles 1 collect in the filler neck, which would form a nozzle on the molding in the completion of the molding by welding the individual polymer particles.
  • the openings 19 are designed so that the compressed air injected through the openings 19 has a velocity component perpendicular to the axis 27 of the filler neck 9.
  • the openings 19, which are made generally in the form of bores occupy an angle of more than 0 ° to the central axis 27 of the filler neck 9. It is particularly preferred if the openings 19 are perpendicular to the axis 27 of the filler neck 9, as shown here, so that only a velocity component perpendicular to the axis 27 of the filler neck 9 at the outlet from the opening 19 is realized.
  • a deflection of the gas flow supplied through the openings 19 results, for example, from that used to transport the foamed polymer particles 1 Gas flow or by impact of the gas flows through a plurality of openings 19 on each other or on the opening 19 opposite wall of the filler neck.
  • FIG. 1 A third step of the method according to the invention is shown in FIG.
  • an injector piston 29 is moved in the direction of the mold 1 1 through the central channel 5.
  • the injector piston 29 is in a rest position, not shown here.
  • the rest position is preferably located behind an addition point of the foamed polymer particles 1 into the injector 7, so that the injector piston 29 does not disturb the flow of the foamed polymer particles 1 into the mold 11.
  • the filler neck 9 Due to the pressure gas flow through the openings 19, the filler neck 9 is kept free of foamed polymer particles 1. Furthermore, the pressure gas flow through the openings 19 ensures that no foamed polymer particles 1 from the mold 1 1 back into the filler neck 9 and thus enter the injector 7. The mold 1 1 thereby remains optimally filled. Foamed polymer particles 1, which are still within the central channel 5, are blown back through the openings 19 in the filler neck 9 and the annular gap 15 due to the gas flows. As a result, the central channel 5 can largely be kept free of foamed polymer particles 1, so that the injector piston 29 can be moved undisturbed through foamed polymer particles 1 into the filler neck 9.
  • the injector piston 29 is preferably designed such that the cross-sectional area of the end face 31 corresponds to the cross-sectional area of the mouth 21 of the filler neck 9 in the mold 1 1.
  • the mouth 21 of the filler neck 9 can be closed in the mold 1 1 with the injector piston 29 to form a molded part.
  • the end face 31 of the injector piston is designed so that it continues the inner surface of the mold 1 1, so that no discontinuity in the shape of the molded part is formed at the filling point.
  • the injector piston 29 is moved so far into the injector 7 until it closes the mouth 21 of the filler neck 9 in the mold 1 1. This is shown as a fourth step in FIG.
  • gas is also supplied via the annular channel 13 and the annular gap 15. While the injector piston 29 is in its front end position and the mouth 21 of the filler neck 9 closes in the mold 1 1, this gas flows through the central channel 5 away from the mold tool and thus keeps the central channel 5 substantially free of foamed polymer particles. 1 , so that upon a return movement of the injector piston 29 as soon as the molded part is completed and can be removed from the mold, no foamed polymer particles 1 obstruct the path of the injector piston 29. To complete the molding, as soon as the injector piston 29 has reached its front end position, the foamed polymer particles 1 are heated on their surface so far that they can soften and weld together.
  • a hot gas particularly preferably water vapor
  • the mold 1 1 is opened and the molding can be removed.
  • the injector piston 29 is again moved into its rest position so that the process can be repeated after the removal of the molded part and the subsequent closing.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Befüllen eines Formwerkzeugs (11) zur Herstellung von Formteilen aus geschäumten Polymerpartikeln (1), umfassend einen Kanal (5) zur Zufuhr geschäumter Polymerpartikel (1), einen Einfüllstutzen (9) und einen Injektorkolben (29), wobei sich der Einfüllstutzen (9) an den Kanal (5) zur Zufuhr geschäumter Polymerpartikel (1) anschließt und wobei der Injektorkolben (29) an seinem dem Formwerkzeug (11) zuweisenden Ende eine Querschnittsfläche (31) aufweist, die der Querschnittsfläche an der Mündung (21) des Einfüllstutzens (9) in das Formwerkzeug (11) entspricht, und so geführt ist, dass geschäumte Polymerpartikel (1) aus dem Einfüllstutzen (9) mit Hilfe des Injektorkolbens (29) in das Formwerkzeug (11) gepresst werden können, wobei der Einfüllstutzen (9) mindestens eine Öffnung (19) aufweist, durch die Druckgas in den Einfüllstutzen (9) eingeleitet werden kann. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus geschäumten Polymerpartikeln.

Description

Injektor zum Befüllen eines Formwerkzeugs sowie Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus geschäumten Polymerpartikeln
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Befüllen eines Formwerkzeugs zur Herstellung von Formteilen aus geschäumten Polymerpartikeln, umfassend einen Kanal zur Zufuhr geschäumter Polymerpartikel, mindestens einen Kanal zur Zufuhr eines Gases, einen Einfüllstutzen und einen Injektorkolben, wobei sich der Einfüllstutzen an den Kanal zur Zufuhr geschäumter Polymerpartikel anschließt und der Kanal zur Zufuhr des Gases vor dem Einfüllstutzen in den Kanal zur Zufuhr geschäumter Polymerpartikel mündet, und wobei der Injektorkolben an seinem dem Formwerkzeug zuweisenden Ende eine Querschnittsfläche aufweist, die der Querschnittsfläche des Einfüllstutzens entspricht, und so geführt ist, dass Polymerpartikel aus dem Einfüllstutzen mit Hilfe des Injektorkolbens in das Formwerkzeug gepresst werden können. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus geschäumten Polymerpartikeln.
Für Formteile aus geschäumten thermoplastischen Polymerpartikeln gibt es viele Anwendungsmöglichkeiten. So können diese zum Beispiel eingesetzt werden als Ladungsträger, Sitz- polster, Matratzen oder auch Laufsohlen in Schuhen. Zur Herstellung der jeweiligen Formteile werden die geschäumten Polymerpartikel in ein Formwerkzeug eingebracht und dort auf Basis der bestehenden Technologie aktuell eingesetzter Formteilautomaten mit Dampf beaufschlagt beziehungsweise erhitzt, so dass diese an ihrer Außenseite miteinander verschmelzen. Derzeit werden zur Befüllung des Formwerkzeugs zur Herstellung von Formteilen aus geschäumten thermoplastischen Polymerpartikeln Injektoren eingesetzt, durch die die geschäumten Polymerpartikel mit Hilfe eines Luftstroms in das Formwerkzeug eingeblasen werden. Hierzu ist der Injektor mit einem Einfüllstutzen am Formwerkzeug angeschlossen. Sobald das Formwerkzeug gefüllt ist, wird ein Injektorkolben in den Einfüllstutzen geführt, so dass die im Einfüllstutzen enthaltenen Partikel in das Formwerkzeug gepresst werden. Nachteil des Injektors nach dem Stand der Technik ist, dass sich im Einfüllstutzen eine Menge an geschäumten Polymerpartikeln sammelt, die mit dem Injektorkolben nicht mehr in das Formwerkzeug einge- presst werden können. Hierdurch entsteht am Formteil ein unerwünschter Stutzen. Ein Injektor, die zur Befüllung eines Formwerkzeugs zur Herstellung von Formteilen aus geschäumten thermoplastischen Polymerpartikeln eingesetzt werden kann, ist zum Beispiel in EP- A 1 813 409 beschrieben. Dieser weist einen zentralen Kanal zur Zufuhr der geschäumten Polymerpartikel sowie einen Ringspalt zum Einblasen von Luft auf. Ein zweiter Ringspalt wird genutzt, um nach dem Befüllen des Formwerkzeugs Wasserdampf einzubringen. Auch bei dem hier beschriebenen Injektor ist es jedoch nicht möglich, die Menge an geschäumten Polymerpartikeln im Einfüllstutzen so gering zu halten, dass beim Einpressen der geschäumten Polymerpartikel mit dem Injektorkolben kein Stutzen am Formteil entsteht. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Injektor und ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus geschäumten thermoplastischen Polymerpartikeln bereitzustellen, mit dem Formteile gefertigt werden können, die an der Anschlussstelle des Injektors keinen Stutzen aufweisen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Injektor zum Befüllen eines Formwerkzeugs zur Herstellung von Formteilen aus geschäumten Polymerpartikeln, umfassend einen Kanal zur Zufuhr geschäumter Polymerpartikel, einen Einfüllstutzen und einen Injektorkolben, wobei sich der Einfüllstutzen an den Kanal zur Zufuhr geschäumter Polymerpartikel anschließt und wobei der In- jektorkolben an seinem dem Formwerkzeug zuweisenden Ende eine Querschnittsfläche aufweist, die der Querschnittsfläche des Einfüllstutzens entspricht, und so geführt ist, dass Polymerpartikel aus dem Einfüllstutzen mit Hilfe des Injektorkolbens in das Formwerkzeug gepresst werden können, wobei der Einfüllstutzen mindestens eine Öffnung aufweist, durch die Druckgas in den Einfüllstutzen eingeleitet werden kann.
Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus geschäumten Polymerpartikeln, folgende Schritte umfassend:
Befüllen eines Formwerkzeugs mit geschäumten Polymerpartikeln über einen Injektor zum Befüllen des Formwerkzeugs, wobei die geschäumten Polymerpartikel durch den Kanal zur Zufuhr der geschäumten Polymerpartikel zugeführt werden und nach Befüllen des Formwerkzeugs Druckgas durch die Öffnungen zur Einleitung von Druckgas in den Einfüllstutzen zugeführt wird, (b) Einschieben der noch im Einfüllstützen enthaltenen geschäumten Polymerpartikel in das Formwerkzeug und Verschließen des Formwerkzeugs durch Bewegung des Injektorkolbens in Richtung des Formwerkzeugs, nachdem das Formwerkzeug vollständig gefüllt ist,
Erwärmen der geschäumten Polymerpartikel, damit diese zum Formteil miteinander verbunden werden.
Durch die Einleitung von Druckgas in den Einfüllstutzen wird vermieden, dass sich der Einfüllstutzen nach dem Füllen des Formwerkzeugs ebenfalls vollständig füllt. Der so erzeugte Gasstrom sorgt für eine Verwirbelung der geschäumten Polymerpartikel im Einfüllstutzen und bewirkt nach vollständiger Füllung des Formwerkzeugs eine Rückströmung der geschäumten Polymerpartikel in den Injektor. Hierdurch wird vermieden, dass sich so viele geschäumte Polymerpartikel im Einfüllstutzen sammeln, dass sich nach dem Einpressen der geschäumten Polymerpartikel aus dem Einfüllstutzen in das Formwerkzeug mit dem Injektorkolben ein Stutzen am so geformten Bauteil ausbildet. Der Injektorkolben kann auf diese Weise bündig mit der In- nenwandung des Formwerkzeugs abschließen, so dass eine glatte Oberfläche des herzustellenden Formteils realisiert werden kann. In einer Ausführungsform weist der Injektor mindestens einen Kanal zur Zufuhr eines Gases auf, der vor dem Einfüllstutzen in den Kanal zur Zufuhr geschäumter Polymerpartikel mündet. Wenn der Kanal zur Zufuhr mindestens eines Gases umfasst ist, ist es möglich, den Füllvorgang durch Zufuhr von Druckgas durch den Kanal zur Zufuhr mindestens eines Gases zu un- terstützen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn durch den mindestens einen Kanal zur Zufuhr eines Gases nach Befüllen des Formwerkzeugs Druckgas zugeführt wird. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass nur durch die Öffnungen zur Einleitung von Druckgas in den Einfüllstutzen Druckgas eingeleitet wird. Das Einleiten von Druckgas durch die Öffnungen zur Einleitung von Druckgas in den Einfüllstutzen und gegebenenfalls durch den mindestens einen Kanal zur Zufuhr eines Gases dient dazu, eine Gegenströmung im Kanal zur Zufuhr der geschäumten Polymerpartikel zu erzeugen, damit keine weiteren geschäumten Polymerpartikel in Richtung des Formwerkzeuges transportiert werden und sich im Bereich des Einfüllstutzens ansammeln. Diese würden beim Einpressen der Polymerpartikel mit dem Injektorkolben zu einer weiteren Vergrößerung eines unerwünschten Stutzens am Formteil beitragen.
Der Transport der geschäumten Polymerpartikel durch den Kanal zur Zufuhr der geschäumten Polymerpartikel erfolgt vorzugsweise ebenfalls mit Hilfe eines Gases. Die geschäumten Poly- merpartikel werden hierbei mit dem Gas durch den Kanal zur Zufuhr der geschäumten Polymerpartikel in das Formwerkzeug geblasen.
Zum Transport der geschäumten Polymerpartikel durch den Injektor in das Formwerkzeug kann jedes beliebige Gas, das gegenüber dem eingesetzten Polymer inert ist, eingesetzt werden. Als Gase eignen sich zum Beispiel Edelgase, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf oder Luft. Bevorzugt sind Stickstoff, Wasserdampf oder Luft und besonders bevorzugt als Gas ist Luft. Das Druckgas, das am Ende des Befüllvorganges durch die Öffnungen zur Einleitung eines Gases in den Einfüllstutzen und gegebenenfalls den Kanal zur Zufuhr eines Gases eingeblasen wird, ist vorzugsweise das gleiche Gas, wie das, das auch zum Transport der geschäumten Poly- merpartikel genutzt wird. Besonders bevorzugt ist hier Druckluft. Das zum Transport der geschäumten Polymerpartikel eingesetzte Gas und das durch die Öffnungen zur Einleitung von Druckgas im Einfüllstutzen und gegebenenfalls durch den Kanal zur Zufuhr eines Gases zugeführte Gas weist vorzugsweise einen Druck im Bereich von 0 bis 8 bar oberhalb des Atmosphärendrucks auf.
Das Erwärmen der in das Formwerkzeug eingefüllten geschäumten Polymerpartikel, damit sich diese zum Formteil verbinden, kann auf jede beliebige geeignete Weise erfolgen. Besonders bevorzugt ist es, wenn hierzu ein heißer Gasstrom durch das Formwerkzeug geleitet wird. Als Gas eignet sich jedes beliebige Gas, das gegenüber dem eingesetzten Polymer inert ist. Insbe- sondere wird als Gas Wasserdampf eingesetzt.
Wenn ein Injektor genutzt wird, über den auch das Gas, insbesondere Wasserdampf, zur Verbindung der geschäumten Polymerpartikel eingeleitet wird, so wie dies zum Beispiel bei dem in EP-A 1 813 409 beschriebenen Injektor umgesetzt ist, ist es zum Beispiel möglich, in dem Injektorkolben Bohrungen auszuführen, deren Durchmesser kleiner ist als der der geschäumten Polymerpartikel, so dass der Wasserdampf durch die Bohrungen im Injektorkolben in das Formwerkzeug einströmen kann. Alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, eine separate Zu- fuhreinrichtung für den Wasserdampf vorzusehen. Hierzu kann jede beliebige, dem Fachmann bekannte Zufuhreinrichtung genutzt werden, insbesondere auch solche, wie sie derzeit bereits zur Wasserdampfzugabe in das Formwerkzeug eingesetzt werden.
Um eine ausreichende Verwirbelung der geschäumten Polymerpartikel im Einfüllstutzen zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn die Öffnung zur Einleitung von Druckgas in den Einfüllstutzen so ausgerichtet ist, dass die zugeführte Druckgas eine Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Achse des Einfüllstutzens aufweist. Durch die Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Achse des Einfüllstutzens wird eine Querströmung erzeugt, durch die die geschäumten Polymerpartikel aufgewirbelt werden. Um eine Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Achse des Einfüllstutzens zu erhalten, kann die Öffnung zur Einleitung von Druckgas senkrecht zur Achse des Einfüllstutzens ausgerichtet sein oder in einem beliebigen Winkel größer als 0° zur Achse des Einfüllstutzens. Bevorzugt ist die Öffnung zur Einleitung von Druckgas in einem Winkel im Bereich von 30° bis 90°, insbesondere im Bereich von 75° bis 90° und ganz besonders in einem Winkel von 90°, also senkrecht, zur Achse des Einfüllstutzens ausgerichtet.
Wenn die Öffnung zur Einleitung von Druckgas in einem Winkel kleiner als 90° zur Achse des Einfüllstutzens ausgerichtet ist, so kann die Öffnung in jede beliebige Richtung geneigt sein. Bevorzugt ist jedoch eine Neigung parallel zur Achse der Einfüllöffnung und ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Neigung so ausgebildet ist, dass das Druckgas in Richtung des Formwerkzeuges eingeblasen wird.
Durch die Ausrichtung in Richtung des Formwerkzeugs wird durch das über die Öffnung zur Einleitung von Druckgas zugeführte Druckgas der Füllvorgang unterstützt. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das Druckgas während des gesamten Füllvorganges auch über die Öffnung zur Einleitung von Druckgas im Einfüllstutzen zugeführt wird. Wenn die Öffnung zur Einleitung von Druckgas in Richtung des Injektors gerichtet ist, ist es vorteilhaft, erst dann Druckgas über die Öffnung zur Einleitung von Druckgas in den Einfüllstutzen einleiten, wenn das Formwerkzeug bereits gefüllt ist, um zu vermeiden, dass die geschäumten Polymerpartikel vor der vollständigen Füllung des Formwerkzeugs wieder vom Formwerkzeug weggeblasen werden. Alter- nativ ist es auch möglich, die Geschwindigkeit des Druckgases oder insbesondere den Druck zu variieren, wenn über alle Öffnungen gleichzeitig Druckgas zugeführt wird. Während des Füllvorganges ist dann der Druck des Gases im Injektor höher, während im Anschluss an den Füllvorgang der Druck des über die Öffnung zur Einleitung von Druckgas in den Einfüllstutzen eingeleiteten Gases so weit erhöht wird, dass die Partikel, die nicht mehr in das Formwerkzeug passen entgegen den Fördervorgang wieder in den Injektor zurückgeblasen werden.
Auch wenn die Öffnung zur Einleitung des Druckgases in den Einfüllstutzen senkrecht zur Achse der Einfüllöffnung ausgebildet ist, ist es vorteilhaft, das Druckgas erst dann einzublasen, wenn das Formwerkzeug bereits gefüllt ist oder alternativ den Druck oder den Volumenstrom des in den Einfüllstutzen eingeblasenen Druckgases zu erhöhen, sobald das Formwerkzeug vollständig gefüllt ist, um auch hier zu vermeiden, dass das Formwerkzeug nicht vollständig gefüllt wird oder der Füllvorgang eine zu lange Zeit in Anspruch nimmt. Es ist jedoch auch mög- lieh, bei senkrecht zur Achse der Einfüllöffnung ausgerichteter Öffnung zur Einleitung des Druckgases in den Einfüllstutzen das Druckgas auch während des Füllvorganges einzublasen.
Um im Einfüllstutzen eine gleichmäßige Strömung zu erzeugen und damit eine gleichmäßige Befüllung des Formwerkzeugs, um damit eine gleichbleibende Produktqualität zu erzielen, ist es weiterhin bevorzugt, wenn mindestens zwei Öffnungen zur Zufuhr des Druckgases in den Einfüllstutzen vorgesehen sind, wobei die Öffnungen gleichmäßig verteilt über den Umfang des Einfüllstutzens angeordnet sind.
Um bei mehreren Öffnungen zur Einleitung des Druckgases alle Öffnungen mit Druckgas zu versorgen, ist es möglich, jede Öffnung mit einer eigenen Zuleitung für Druckgas zu versehen. Bevorzugt ist es jedoch, alle Öffnungen mit einer gemeinsamen Zuleitung zu speisen. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, die mindestens zwei Öffnungen zur Zufuhr von Druckgas in den Einfüllstutzen mit einem den Einfüllstutzen umschließenden Gasverteilungsring zu verbinden. Über den Gasverteilungsring werden dann die einzelnen Öffnungen zur Zufuhr von Druckgas mit dem Druckgas versorgt. Um den Gasverteilungsring mit Druckgas zu versorgen, weist dieser mindestens einen Anschluss auf, über den Druckgas zugeführt werden kann.
Um zu vermeiden, dass der Injektorkolben die Strömung der geschäumten Polymerpartikel beim Befüllen des Formwerkzeugs stört, ist es vorteilhaft, den Injektor so zu gestalten, dass der Injektorkolben im Ruhezustand, das heißt während der Befüllung des Formwerkzeugs mit den geschäumten Polymerpartikeln, an einer Position ist, die sich hinter einer Zugabestelle für die geschäumten Polymerpartikel befindet. Die geschäumten Polymerpartikel können hierbei zum Beispiel durch eine seitlich am Injektor angebrachte Zugabestelle zugeführt werden. Wenn der Durchmesser des Kanals zur Zufuhr der geschäumten Polymerpartikel größer ist als der Durchmesser des Einfüllstutzens ist es alternativ auch möglich, dass die geschäumten Polymerpartikel während der Befüllung des Formwerkzeugs den Injektorkolben umströmen. Bevorzugt ist es jedoch, die Position des Injektorkolbens so zu wählen, dass die geschäumten Polymerpartikel vor dem Injektorkolben zugeführt werden, so dass eine Umströmung des Injektorkolbens nicht erforderlich ist.
Der Kanal zur Zufuhr von Gas, das zum Ende des Befüllvorganges eingeblasen wird, um eine Strömung entgegen der Transportrichtung der geschäumten Polymerpartikel zu erzeugen, damit keine weiteren geschäumten Polymerpartikel mehr in Richtung des Formwerkzeugs transportiert werden, ist in einer Ausführungsform so ausgebildet, dass der Kanal zur Zufuhr von Gas den Kanal zur Zufuhr geschäumter Polymerpartikel koaxial umschließt. In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, wenn das Gas am Ende des Kanals über einen Ringspalt in den Kanal zur Zufuhr der geschäumten Polymerpartikel eingeblasen wird. Hierdurch wird eine gleichmäßi- ge Strömung erzielt, so dass keine Toträume entstehen können, in denen sich geschäumte Polymerpartikel ansammeln können.
Alternativ ist es auch möglich, dass mindestens zwei Kanäle zur Zufuhr von Gas parallel zum Kanal zur Zufuhr geschäumter Polymerpartikel geführt sind, wobei die Kanäle zur Zufuhr von Gas gleichmäßig verteilt um den Kanal zur Zufuhr geschäumter Polymerpartikel angeordnet sind. Durch die gleichmäßig verteilte Anordnung der Kanäle zur Zufuhr von Gas um den Kanal zur Zufuhr der geschäumten Polymerpartikel wird auch hier eine gleichmäßige Strömung erzeugt, um die Bildung von Toträumen, in denen sich geschäumte Polymerpartikel ansammeln können, zu vermeiden.
Um die geschäumten Polymerpartikel in dem Formwerkzeug durch Erhitzen, beispielsweise durch Einblasen von Wasserdampf, zu einem Formteil verbinden zu können, ist es bevorzugt, wenn die geschäumten Polymerpartikel ein thermoplastisches Polymer enthalten. Das für die geschäumten thermoplastischen Polymerpartikel eingesetzte thermoplastische Polymer kann jeder beliebige Thermoplast sein.
Besonders bevorzugt ist das geschäumte thermoplastische Polymer ausgewählt aus expandiertem Polypropylen (E-PP), expandiertem Polyethylen (E-PE), expandiertem Polystyrol (E-PS) und expandiertem thermoplastischen Polyurethan (E-TPU) sowie aus Mischungen dieser Polymere oder Monomereinheiten dieser Polymere enthaltenden Copolymeren. Ganz besonders bevorzugt ist das geschäumte thermoplastische Polymer ein expandiertes thermoplastisches Polyurethan. Das geschäumte thermoplastische Polymer kann beliebige Füllstoffe und Additive enthalten, die zur Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren eingesetzt werden. Entsprechende Füllstoffe und Additive sind dem Fachmann bekannt.
So kann das geschäumte thermoplastische Polymer zum Beispiel Gleitmittel, Weichmacher, UV-Stabilisatoren, Farbmittel, Pigmente und beliebige weitere Additive, die üblicherweise zu Polymeren zugegeben werden, enthalten. Weiterhin können Füllstoffe oder Verstärkungsstoffe, beispielsweise Fasern, insbesondere Kurzfasern enthalten sein.
In einer Ausführungsform enthält das geschäumte thermoplastische Polymer ein inneres oder äußeres Gleitmittel. Dieses wird üblicherweise als Additiv bei der Herstellung der geschäumten thermoplastischen Polymerpartikel zugegeben. Das innere oder äußere Gleitmittel setzt sich an der Oberfläche der einzelnen geschäumten thermoplastischen Polymerpartikel fest und unterstützt so eine Schmierwirkung, wodurch ein Anbacken verhindert werden kann. Die einzelnen geschäumten thermoplastischen Polymerpartikel haben im Allgemeinen einen mittleren Durchmesser im Bereich von 1 bis 10 mm, insbesondere im Bereich von 1 ,5 bis 6 mm. Die Schüttdichte der geschäumten thermoplastischen Polymerpartikel liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 600 g/l, mehr bevorzugt im Bereich von 10 bis 500 g/l und insbesondere im Bereich von 15 bis 200 g/l.
Die Form der geschäumten thermoplastischen Polymerpartikel kann beliebig sein, zum Beispiel zylinderförmig oder kugelförmig oder ellipsoid. Besonders bevorzugt ist es, wenn die geschäumten thermoplastischen Polymerpartikel eine Kugelform aufweisen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen ersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines Formteils aus geschäumten Polymerpartikeln,
Figur 2 einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung eines Formteils aus geschäumten Polymerpartikeln,
Figur 3 einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung eines Formteils aus geschäum- ten Polymerpartikeln,
Figur 4 einen vierten Schritt des Verfahrens zur Herstellung eines Formteils aus geschäumten Polymerpartikeln. In Figur 1 ist ein erster Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines Formteils aus geschäumten Polymerpartikeln dargestellt.
Zur Herstellung eines Formteils aus geschäumten Polymerpartikeln 1 werden die geschäumten Polymerpartikel 1 mit Hilfe eines Gasstroms 3 einem zentralen Kanal 5 eines Injektors 7 zuge- führt. Als Gas kann dabei jedes geeignete gegenüber dem Polymer inerte Gas eingesetzt werden. Geeignete Gase sind zum Beispiel Luft, Stickstoff oder Wasserdampf, insbesondere Luft.
Der Injektor 7 umfasst einen Einfüllstutzen 9, mit dem der Injektor 7 mit einem Formwerkzeug 1 1 verbunden ist. Die geschäumten Polymerpartikel 1 werden mit Hilfe des Gasstroms 3 durch den Einfüllstutzen 9 in das Formwerkzeug 1 1 eingeblasen.
In der hier dargestellten Ausführungsform ist der zentrale Kanal 5 von einem Ringkanal 13 umschlossen, durch den zusätzlich Gas zugeführt wird. Hierzu mündet der Ringkanal 13 in einem Ringspalt 15 am Ende des zentralen Kanals 5. Der Ringkanal 13 weist in der hier dargestellten Ausführungsform an seinem Ende im Bereich des Ringspalts 15 eine konische Durchmesserverengung 17 auf, in der der Durchmesser auf den Durchmesser des Einfüllstutzens 9 abnimmt. Neben der hier dargestellten konischen Durchmesserverengung 17 ist es selbstverständlich auch möglich, die Durchmesserverengung in jeder beliebigen anderen Geometrie zu gestalten. So ist zum Beispiel eine stufenweise Verengung in einer oder mehreren Stufen möglich. Alternativ kann die Durchmesserverengung auch mit einem Radius konkav oder konvex oder auch elliptisch, parabolisch oder hyperbolisch geformt sein. Auch Mischformen sind möglich. So lange das Formwerkzeug 1 1 noch nicht vollständig gefüllt ist, unterstützt der durch den Ringkanal 13 zugeführte Gasstrom den Füllvorgang. Als Gas, das durch den Ringkanal 13 geleitet wird, wird vorzugsweise das gleiche Gas eingesetzt, das auch zum Transport der geschäumten Polymerpartikel 1 durch den zentralen Kanal 5 genutzt wird.
Erfindungsgemäß ist im Einfüllstutzen 9 mindestens eine Öffnung 19 zur Zufuhr von Druckgas ausgebildet. Vorzugsweise sind mehrere Öffnungen 19 zur Zufuhr von Druckgas vorgesehen, wobei die Öffnungen in beliebigem Abstand oder äquidistant zueinander angeordnet sein können. Bevorzugt ist eine äquidistante Anordnung der Öffnungen 19, wobei die Öffnungen 19 in diesem Fall vorzugsweise jeweils den gleichen axialen Abstand von der Mündung 21 des Einfüllstutzens 9 aufweisen und mit gleichen Abständen zueinander angeordnet sind. Auch ist es möglich, Öffnungen 19 versetzt zueinander an unterschiedlichen axialen Abständen von der Mündung 21 des Einfüllstutzens 9 zu positionieren. Ob alle Öffnungen 19 den gleichen axialen Abstand von der Mündung 21 des Einfüllstutzens 9 oder unterschiedlichen Abstände von der Mündung 21 des Einfüllstutzens 9 aufweisen, ist unter anderem von der Länge des Einfüllstutzens abhängig.
Die Zufuhr des Druckgases zu den Öffnungen 19 erfolgt vorzugsweise über einen Gasverteilungsring 23. Hierbei umschließt der Gasverteilungsring 23 eine innere Wandung 15 des Einfüllstutzens 9 und die Öffnungen 19 münden jeweils mit einem Ende im Gasverteilungsring 23. Auf diese Weise werden alle Öffnungen 19 gleichmäßig mit Druckgas versorgt. Alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, nur einzelne Öffnungen 19 mit dem Gasverteilungsring 23 zu verbinden und andere Öffnungen 19 über einen zweiten Gasverteilungsring oder jeweils separat mit Druckgas zu versorgen. Das Druckgas, das über die Öffnungen 19 zugeführt wird, ist dabei ebenfalls vorzugsweise das gleiche, wie das Gas, das zum Transport der geschäumten Polymerpartikel eingesetzt wird.
Die Druckgasversorgung des Gasverteilungsrings 23 erfolgt vorzugsweise über einen Gasan- schluss 25. Neben nur einem Gasanschluss 25, wie er hier dargestellt ist, ist es auch möglich, mehrere Gasanschlüsse am Gasverteilungsring 23 vorzusehen. Bevorzugt ist jedoch nur ein Gasanschluss 25.
Wenn kein Gasverteilungsring 23 genutzt wird, um die Öffnungen 19 mit Druckgas zu beaufschlagen, ist es notwendig, jede einzelne Öffnung 19 mit einem Gasanschluss zu versehen. Dies stellt jedoch einen erhöhten apparativen Aufwand dar, so dass es bevorzugt ist, alle Öff- nungen 19 mit dem Gasverteilungsring 23 zu verbinden und auf diese Weise die Druckgasversorgung zu realisieren. Während des Befüllens des Formwerkzeugs 1 1 kann Gas über den Ringkanal 13 und die Öffnungen 19 zugeführt werden. Alternativ ist es auch möglich, das Befüllen allein mit dem Gasstrom, der zum Transport der geschäumten Polymerpartikel eingesetzt wird, umzusetzen. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn der Ringspalt 15 und die Öffnungen 19 so di- mensioniert sind, dass keine geschäumten Polymerpartikel in den Ringkanal 13 beziehungsweise die Öffnungen 19 eingeblasen werden können. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, den Ringspalt 15 und die Öffnungen 19 mit einem Gitter zu verschließen, dessen Maschenweite kleiner ist als der minimale Durchmesser der geschäumten Polymerpartikel. Alternativ ist es auch möglich, den Ringspalt mit einer Spaltweite zu fertigen, die kleiner ist als der minimale Durchmesser der geschäumten Polymerpartikel und die Öffnungen 19 mit einem entsprechend kleinen Öffnungsdurchmesser. Bevorzugt ist es jedoch, während des gesamten Füllvorganges Gas über den Ringspalt 15 und die Öffnungen 19 in den Kanal einzublasen, um zu verhindern, dass geschäumte Polymerpartikel in den Ringspalt 15 oder die Öffnungen 19 gelangen. Des Weiteren ist es möglich, anstelle des Ringkanals 13 einzelne Kanäle vorzusehen, die unmittelbar vor dem Einfüllstutzen 9 in den zentralen Kanal 5 münden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, mehrere Kanäle vorzusehen, die vorzugsweise äquidistant um den zentralen Kanal angeordnet sind. In einer weiteren Variante ist es auch möglich, anstelle des Ringspalts 15 Öffnungen vorzusehen, die jeweils einzeln mit Druckgas oder über einen gemeinsamen Gasvertei- ler mit Druckgas versorgt werden.
In Figur 2 ist ein zweiter Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Schritt ist das Formwerkzeug 1 1 vollständig mit geschäumten Polymerpartikeln 1 gefüllt. Aufgrund der Gasströmung durch den Ringkanal 13 und Ringspalt 15 stellt sich eine Rückströmung im zentralen Kanal 5 ein, so dass keine weiteren geschäumten Polymerpartikel 1 mehr in Richtung des Einfüllstutzens 9 transportiert werden. Zusätzlich werden mit Hilfe des durch die Öffnungen 19 eingeblasenen Druckgases geschäumte Polymerpartikel, die nicht mehr in das Formwerkzeug 1 1 passen, aus dem Einfüllstutzen 9 zurück in den zentralen Kanal 5 geblasen. Hierdurch wird verhindert, dass sich geschäumte Polymerpartikel 1 im Einfüllstutzen sammeln, die bei der Fertigstellung des Formteils durch Verschweißen der einzelnen Polymerpartikel einen Stutzen am Formteil ausbilden würden.
Um die geschäumten Polymerpartikel aus dem Einfüllstutzen zurück in den zentralen Kanal zu blasen ist es notwendig, dass die Öffnungen 19 so gestaltet sind, dass die durch die Öffnungen 19 eingeblasene Druckluft eine Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Achse 27 des Einfüllstutzens 9 aufweist. Hierzu ist es notwendig, dass die Öffnungen 19, die im Allgemeinen in Form von Bohrungen ausgeführt sind, einen Winkel von mehr als 0° zur zentralen Achse 27 des Einfüllstutzens 9 einnehmen. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Öffnungen 19 wie hier dar- gestellt senkrecht zur Achse 27 des Einfüllstutzens 9 verlaufen, so dass nur eine Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Achse 27 des Einfüllstutzens 9 am Austritt aus der Öffnung 19 realisiert wird. Eine Umlenkung des durch die Öffnungen 19 zugeführten Gasstroms ergibt sich zum Beispiel durch den zum Transport der geschäumten Polymerpartikel 1 eingesetzten Gasstrom oder auch durch Aufprallen der Gasströme durch mehrere Öffnungen 19 aufeinander oder auf die der Öffnung 19 gegenüberliegende Wandung des Einfüllstutzens 9.
Ein dritter Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Figur 3 dargestellt.
Nach dem vollständigen Befüllen des Formwerkzeugs 1 1 wird ein Injektorkolben 29 in Richtung des Formwerkzeugs 1 1 durch den zentralen Kanal 5 bewegt. Während des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Befüllens des Formwerkzeugs 1 1 mit den geschäumten Polymerpartikeln 1 befindet sich der Injektorkolben 29 in einer hier nicht dargestellten Ruheposition. Die Ruheposi- tion befindet sich dabei vorzugsweise hinter einer Zugabestelle der geschäumten Polymerpartikel 1 in den Injektor 7, damit der Injektorkolben 29 die Strömung der geschäumten Polymerpartikel 1 in das Formwerkzeug 1 1 nicht stört.
Durch die Druckgasströmung durch die Öffnungen 19 wird der Einfüllstutzen 9 von geschäum- ten Polymerpartikeln 1 freigehalten. Weiterhin sorgt die Druckgasströmung durch die Öffnungen 19 dafür, dass keine geschäumten Polymerpartikel 1 aus dem Formwerkzeug 1 1 zurück in den Einfüllstutzen 9 und damit in den Injektor 7 gelangen. Das Formwerkzeug 1 1 bleibt hierdurch optimal gefüllt. Geschäumte Polymerpartikel 1 , die sich noch innerhalb des zentralen Kanals 5 befinden, werden aufgrund der Gasströmungen durch die Öffnungen 19 im Einfüllstutzen 9 und den Ringspalt 15 zurückgeblasen. Der zentrale Kanal 5 kann hierdurch von geschäumten Polymerpartikeln 1 größtenteils freigehalten werden, so dass der Injektorkolben 29 ungestört durch geschäumte Polymerpartikel 1 in den Einfüllstutzen 9 bewegt werden kann.
Der Injektorkolben 29 ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass die Querschnittsfläche der Stirnfläche 31 der Querschnittsfläche der Mündung 21 des Einfüllstutzens 9 in das Formwerkzeug 1 1 entspricht. Hierdurch lässt sich die Mündung 21 des Einfüllstutzens 9 in das Formwerkzeug 1 1 mit dem Injektorkolben 29 zur Ausbildung eines Formteils verschließen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Stirnfläche 31 des Injektorkolbens so ausgebildet ist, dass diese die Innenfläche des Formwerkzeugs 1 1 fortführt, so dass keine Unstetigkeit in der Form des Form- teils an der Einfüllstelle entsteht.
Der Injektorkolben 29 wird so weit in den Injektor 7 bewegt, bis dieser die Mündung 21 des Einfüllstutzens 9 in das Formwerkzeug 1 1 verschließt. Dies ist als vierter Schritt in Figur 4 dargestellt.
Um zu verhindern, dass weitere Polymerpartikel 1 in den zentralen Kanal 5 nachströmen, wird weiterhin Gas über den Ringkanal 13 und den Ringspalt 15 zugeführt. Während der Injektorkolben 29 in seiner vorderen Endposition ist und die Mündung 21 des Einfüllstutzens 9 in das Formwerkzeug 1 1 verschließt, strömt hierdurch Gas durch den zentralen Kanal 5 vom Form- Werkzeug weg und hält so den zentralen Kanal 5 im Wesentlichen frei von geschäumten Polymerpartikeln 1 , so dass bei einer Rückbewegung des Injektorkolbens 29 sobald das Formteil fertiggestellt ist und entformt werden kann, keine geschäumten Polymerpartikel 1 den Weg des Injektorkolbens 29 behindern. Um das Formteil fertigzustellen, sobald der Injektorkolben 29 seine vordere Endposition erreicht hat, werden die geschäumten Polymerpartikel 1 an ihrer Oberfläche so weit erwärmt, dass diese erweichen und miteinander verschweißen können. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, ein heißes Gas, besonders bevorzugt Wasserdampf, durch das Formwerkzeug 1 1 zu leiten. Sobald die geschäumten Polymerpartikel 1 zum Formteil verbunden sind, wird das Formwerkzeug 1 1 geöffnet und das Formteil kann entnommen werden. Gleichzeitig wird der Injektorkolben 29 wieder in seine Ruheposition bewegt, so dass nach der Entnahme des Formteils und dem nachfolgenden Schließen der Prozess wiederholt werden kann.

Claims

Patentansprüche
Injektor zum Befüllen eines Formwerkzeugs (1 1 ) zur Herstellung von Formteilen aus geschäumten Polymerpartikeln (1 ), umfassend einen Kanal (5) zur Zufuhr geschäumter Polymerpartikel (1 ), einen Einfüllstutzen (9) und einen Injektorkolben (29), wobei sich der Einfüllstutzen (9) an den Kanal (5) zur Zufuhr geschäumter Polymerpartikel (1 ) anschließt und wobei der Injektorkolben (29) an seinem dem Formwerkzeug (1 1 ) zuweisenden Ende eine Querschnittsfläche (31 ) aufweist, die der Querschnittsfläche an der Mündung (21 ) des Einfüllstutzens (9) in das Formwerkzeug (1 1 ) entspricht, und so geführt ist, dass geschäumte Polymerpartikel (1 ) aus dem Einfüllstutzen (9) mit Hilfe des Injektorkolbens (29) in das Formwerkzeug (1 1 ) gepresst werden können, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfüllstutzen (9) mindestens eine Öffnung (19) aufweist, durch die Druckgas in den Einfüllstutzen (9) eingeleitet werden kann.
Injektor gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (19) zur Einleitung von Druckgas in den Einfüllstutzen (9) so ausgerichtet ist, dass das zugeführte Druckgas eine Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Achse des Einfüllstutzens (9) aufweist.
Injektor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Offnungen (19) zur Zufuhr von Druckgas in den Einfüllstutzen (9) vorgesehen sind, wobei die Öffnungen (19) gleichmäßig verteilt über den Umfang des Einfüllstutzens (9) angeordnet sind.
Injektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Offnungen (19) zur Zufuhr von Druckgas in den Einfüllstutzen (9) mit einem den Einfüllstutzen (9) umschließenden Gasverteilungsring (23) verbunden sind.
Injektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasverteilungsring (23) mindestens einen Anschluss (25) aufweist, über den Druckgas zugeführt werden kann.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mindestens ein Kanal (13) zur Zufuhr eines Gases umfasst ist, der vor dem Einfüllstutzen (9) in den Kanal (5) zur Zufuhr geschäumter Polymerpartikel mündet.
Injektor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (13) zur Zufuhr von Gas den Kanal (5) zur Zufuhr geschäumter Polymerpartikel (1 ) koaxial umschließt.
Injektor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kanäle zur Zufuhr von Gas parallel zum Kanal (5) zur Zufuhr geschäumter Polymerpartikel (1 ) geführt sind, wobei die Kanäle zur Zufuhr von Gas gleichmäßig verteilt um den Kanal (5) zur Zufuhr geschäumter Polymerpartikel (1 ) angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus geschäumten Polymerpartikeln (1 ), folgende Schritte umfassend:
Befüllen eines Formwerkzeugs (1 1 ) mit geschäumten Polymerpartikeln (1 ) über einen Injektor (7) zum Befüllen des Formwerkzeugs (1 1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die geschäumten Polymerpartikel (1 ) durch den Kanal (5) zur Zufuhr der geschäumten Polymerpartikel (1 ) zugeführt werden und nach Befüllen des Formwerkzeugs (1 1 ) Druckgas durch die Öffnungen (19) zur Einleitung von Druckgas in den Einfüllstutzen (9) zugeführt wird,
Einschieben der noch im Einfüllstutzen (9) enthaltenen geschäumten Polymerpartikel (1 ) in das Formwerkzeug (1 1 ) und Verschließen des Formwerkzeugs (1 1 ) durch Bewegung des Injektorkolbens (29) in Richtung des Formwerkzeugs (1 1 ), nachdem das Formwerkzeug (1 1 ) vollständig gefüllt ist,
Erwärmen der geschäumten Polymerpartikel (1 ), damit diese zum Formteil miteinander verbunden werden.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erwärmen der geschäumten Polymerpartikel (1 ) in Schritt (c) Wasserdampf durch das Formwerkzeug (1 1 ) geleitet wird.
1 1 . Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die geschäumten Polymerpartikel (1 ) ein thermoplastisches Polymer enthalten.
Verfahren gemäß Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polymer ausgewählt ist aus expandiertem thermoplastischen Polyurethan, expandiertem Polypropylen sowie aus Mischungen dieser Polymere oder Monomereinheiten dieser Polymere enthaltenden Copolymeren.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass während des gesamten Füllvorganges in Schritt (a) Gas über den Kanal (13) zur Zufuhr von Gas und über die Öffnungen (19) zur Einleitung von Druckgas zugeführt wird.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas ausgewählt ist aus Luft, Stickstoff und Wasserdampf.
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