DE102021204230A1

DE102021204230A1 - Vorrichtung, Verfahren und Kondensatorplattensatz zur Herstellung eines Partikelschaumstoffteils, insbesondere zur Herstellung einer Schuhsohle oder eines Teils einer Schuhsohle

Info

Publication number: DE102021204230A1
Application number: DE102021204230.9A
Authority: DE
Inventors: Marc Anthony Simon Norridge; Bastian Gothe; Jarkko Siltamäki; Victor Romanov; Constantin Joachim Nikolas Kemmer
Original assignee: Adidas AG
Current assignee: Adidas AG
Priority date: 2021-04-28
Filing date: 2021-04-28
Publication date: 2022-11-03
Also published as: US20220347894A1; JP2022171619A; EP4082762A1; JP2024069497A; CN115246190A; JP7457748B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Herstellung einer Schuhsohle oder eines Teils einer Schuhsohle aus Schaumstoffpartikeln.Offenbart ist eine Vorrichtung zur Herstellung einer Schuhsohle oder eines Teils einer Schuhsohle aus Schaumstoffpartikeln, wobei die Vorrichtung aufweist: a.) ein Gussformwerkzeug, das aus mindestens zwei Gussformhälften geformt ist und einen Gussformhohlraum definiert, und b.) mindestens zwei Kondensatorplatten, die benachbart zum Gussformhohlraum angeordnet sind, wobei c.) mindestens eine der Kondensatorplatten mit einer Strahlungsquelle verbunden ist, und wobei d.) mindestens eine der Kondensatorplatten mehrere Segmente aufweist, die einen anpassbaren Abstand zum Gussformhohlraum haben.Ferner wird ein Verfahren zur Verwendung einer solchen Vorrichtung bei der Herstellung einer Schuhsohle oder eines Teils einer Schuhsohle aus Schaumstoffpartikeln offenbart.

Description

1. Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Verfahren und einen Kondensatorplattensatz zum Herstellen eines Partikelschaum- bzw. Partikelschaumstoffteils.
Die Vorrichtung, das Verfahren und der Kondensatorplattensatz sind zur Herstellung des Partikelschaumstoffteils unter Verwendung von elektromagnetischen Wellen bereitgestellt, wobei Schaumstoffpartikel unter Verwendung der elektromagnetischen Wellen zu dem Partikelschaumstoffteil verschweißt werden. Die zum Schweißen erforderliche Energie wird mit den Mitteln der elektromagnetischen Wellen auf die Schaumstoffpartikel aufgebracht.
Die Vorrichtung, das Verfahren und der Kondensatorplattensatz können insbesondere bei der Herstellung einer Schuhsohle oder eines Teils einer Schuhsohle, insbesondere einer Zwischensohle oder eines Teils davon, verwendet werden. Die Erfindung betrifft auch eine Schuhsohle oder einen Teil einer Schuhsohle, insbesondere eine Zwischensohle oder einen Teil einer Zwischensohle, die auf diese Weise hergestellt werden.
2. Stand der Technik
In US 3,079,723 wird ein Verfahren zum Sintern von feuchten thermoplastischen Schaumstoffpartikeln beschrieben. Die Partikel werden dielektrisch erwärmt und gleichzeitig komprimiert. Dabei werden elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz von etwa 2 bis 1000 MHz eingesetzt.
Das Dokument US 3,242,238 beschreibt ein ähnliches Verfahren. Bei diesem Verfahren werden Schaumstoffpartikel mit einer wässrigen Lösung befeuchtet und einem elektromagnetischen Feld mit einer Frequenz von etwa 5 bis 100 MHz ausgesetzt.
Das Dokument GB 1,403,326 beschreibt ein Verfahren zum Verschweißen von expandierbaren Polystyrolschaumstoffpartikeln. Bei diesem Verfahren werden Partikel mit einer wässrigen Lösung befeuchtet und einem elektromagnetischen Feld mit einer Frequenz von 5 bis 2000 MHz ausgesetzt.
WO 01/064414 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem Polymerpartikel aus Polyolefinen, die mit einem flüssigen Medium benetzt sind, mit elektromagnetischen Wellen, insbesondere Mikrowellen, erwärmt werden. Die Temperatur in der Gussform wird durch Steuerung des Drucks in der Gussform geregelt.
WO 2013/050181 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Partikelschaumstoffteilen, bei dem ein Gemisch aus Schaumstoffpartikeln und dielektrischer Übertragungsflüssigkeit mit Mitteln aus elektromagnetischen Wellen erwärmt wird, um die Schaumstoffpartikel zu einem Partikelschaumstoffteil zu verschmelzen. Als elektromagnetische Wellen werden Radiowellen oder Mikrowellen verwendet. Das Material der Schaumstoffpartikel ist aus Polypropylen (PP) geformt.
Trotz dieser seit langem bestehenden erheblichen Anstrengungen haben sich bisher keine Maschinen, mit denen Schaumstoffpartikel mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen verschweißt werden, in der industriellen Produktion durchgesetzt. Einer der Hauptgründe dafür ist, dass die Wärme nicht gleichmäßig in die Schaumstoffpartikel eingebracht werden kann und nicht zu einem gleichmäßigen Verschweißen innerhalb des Partikelschaumstoffteils führt.
Im kommerziellen Einsatz wurden daher bisher vor allem Maschinen verwendet, die die Schaumstoffpartikel unter Verwendung von Dampf verschweißen. Diese Maschinen weisen jedoch den Nachteil auf, dass der Energieeintrag ineffizient ist. Außerdem sind die Partikelschaumstoffteile nach dem Schweißen noch feucht und können daher nicht sofort weiterverarbeitet werden. Da die Erwärmung von außen nach innen erfolgt, kann der Innenteil der Komponente nicht immer mit ausreichender Qualität verschweißt werden. Außerdem sind die Vorrichtungen zur Dampferzeugung wesentlich teurer als ein Generator für elektromagnetische Wellen.
Das Schweißen von Schaumstoffpartikeln mit elektromagnetischer Strahlung erfordert eine hohe Energiezufuhr zu den Schaumstoffpartikeln, die sich zu diesem Zweck in einem Gussformwerkzeug befinden. Außerdem soll der Energieeintrag in die Schaumstoffpartikel möglichst gleichmäßig sein, um eine gleichmäßige Erwärmung und damit eine gleichmäßige Verschweißung der Schaumstoffpartikel zu erreichen.
Ein Problem ist, dass die Elektroden und das dazugehörige Gussformwerkzeug meist unterschiedlich groß sind. Das Gussformwerkzeug muss je nach zu produzierendem Produkt ausgetauscht werden. Daher werden in einer Aufnahmevorrichtung verschiedene Gussformwerkzeuge verwendet, die sich in der Größe unterscheiden können. Das Gussformwerkzeug ist in der Regel etwas kleiner als die Elektrode, um das Gussformwerkzeug vollständig im elektrischen Feld des Plattenkondensators unterbringen zu können. Die Elektrode steht daher meist etwas seitlich aus dem Gussformwerkzeug heraus. Dadurch entsteht ein elektrisches Feld, das nicht verwendet wird. Die Kapazität des Kondensators ist größer als nötig. Das hat zur Folge, dass der Kondensator mehr Ladung und damit auch mehr Energie aufnimmt als nötig.
Ein weiteres Problem insbesondere bei der Herstellung von Schuhsohlen oder Teilen von Schuhsohlen, insbesondere Zwischensohlen oder Teilen davon, ist die komplexe dreidimensionale Geometrie solcher Teile. Zum Beispiel weisen Schuhsohlen fast nie eine konstante Dicke entlang ihrer Längs- und/oder Querausdehnung auf. Dies erschwert den Schweißprozess insofern, als dass es schwierig ist, eine gleichmäßige und homogene Verschweißung der Partikel über alle Bereiche der Sohle zu erreichen.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Der Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung hat bekannte Vorrichtungen und Verfahren zum Verschweißen von Schaumstoffpartikeln mittels elektromagnetischer Wellen und die entsprechenden Verfahren, insbesondere im Zusammenhang mit der Herstellung von Schuhsohlen, verbessert. Diese Vorrichtungen und Verfahren basieren auf dem in den veröffentlichten Dokumenten DE 10 2016 100 690 A1 und DE 10 2016 123 214 A1 und der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2019 127 680.2 sowie den veröffentlichten Anmeldungen DE 10 2015 202 013 A1 und DE 10 2016 223 980 A1 des Anmelders der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Stand der Technik, auf die im Zusammenhang mit der nachfolgend beschriebenen Erfindung, insbesondere hinsichtlich der Vorrichtungen, Verfahren und Materialien, Bezug genommen wird, jedoch nicht ausschließlich.
Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung von Partikelschaumstoffteilen, insbesondere Schuhsohlen/Zwischensohlen, durch Verschweißen von Schaumstoffpartikeln mittels elektromagnetischer Wellen den Wirkungsgrad des Energieeintrags zu erhöhen und das elektrische Feld effektiver zu verwenden.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, die Qualität von durch Verschweißen von Schaumstoffpartikeln unter Verwendung von elektromagnetischen Feldern hergestellten Schuhsohlen bzw. Zwischensohlen zu erhöhen, auch wenn diese eine komplexe dreidimensionale Geometrie und diese insbesondere eine unterschiedliche Dicke aufweisen.
Diese Probleme werden durch die verschiedenen Aspekte der Erfindung, wie sie im Folgenden näher erläutert werden, angegangen und zumindest teilweise gelöst.
Ein erster Aspekt der Erfindung wird durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Partikelschaumstoffteils, insbesondere einer Schuhsohle oder eines Teils einer Schuhsohle (z.B. einer Zwischensohle oder eines Teils davon) bereitgestellt.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein Gussformwerkzeug, das einen Gussformhohlraum definiert, wobei angrenzend an den Gussformhohlraum mindestens zwei Kondensatorplatten angeordnet sind, die mit einer Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung verbunden sind, wobei die elektromagnetische Strahlungsquelle dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung zu auszusenden, und das Gussformwerkzeug aus mindestens zwei Gussformhälften gebildet ist, wobei mindestens eine der beiden Kondensatorplatten aus mehreren Segmenten gebildet ist, so dass die Oberfläche der Kondensatorplattenanordnung mit den mehreren Segmenten basierend auf der Form des aufzuschmelzenden Produkts innerhalb der Gussformholraums angepasst werden kann.
Die aus Segmenten geformte Kondensatorplatte ist z. B. als segmentierte Elektrode ausgebildet. Sie kann aus mehreren Segmenten zusammengesetzt sein. Dies ist insbesondere bei einer flachen Elektrode oder Kondensatorplatte relativ einfach zu realisieren. Es ist aber nicht nur bei flachen Elektroden möglich, sondern auch bei konturierten Elektroden, wie z. B. bei Elektroden zur Herstellung von Schuhsohlen / Zwischensohlen.
Die Segmente sind z. B. so geformt, dass durch Entfernen und/oder Hinzufügen der einzelnen Segmente zum Formen der Kondensatorplatte deren Oberfläche in ihrer Form und Größe, insbesondere in ihren seitlichen Abmessungen, an die Form des im Gussformwerkzeug zu fertigenden Teils angepasst werden kann.
Vorzugsweise sind die Segmente der Kondensatorplatte elektrisch und mechanisch lösbar miteinander verbunden. Auf diese Weise können einzelne Segmente entfernt oder hinzugefügt werden, um die Oberfläche der Kondensatorplatte an die Größe des Gussformwerkzeugs anzupassen.
Es kann ein elektrisch leitendes Verbindungselement bereitgestellt werden, das zwei oder mehr Segmente an ihren Kanten elektrisch verbindet. Es können z. B. elektrisch leitfähige Metallelemente wie Kupfer- oder Messingfolien verwendet werden, gegen die die Kanten der Segmente der Elektroden geklemmt werden, so dass eine elektrische Verbindung zu allen Segmenten der Elektroden besteht.
Außerdem können die Segmente an ihren Kanten Bereiche aufweisen, die ineinander greifen, wenn die Segmente zusammengefügt werden. Das bedeutet, dass die elektrische und mechanische Verbindung an den Verbindungen der Segmente besonders zuverlässig und relativ kostengünstig hergestellt werden kann. Die Kanten oder Bereiche können zu diesem Zweck z. B. als Stufennaht ausgeführt sein.
Andererseits können die Segmente auch in nicht-verriegelnder Weise, insbesondere ohne solche Verriegelungsbereiche, bereitgestellt werden, was vorteilhaft sein kann, um eine In-Mold-Montage, d. h. eine Montage der Segmente (bzw. Hinzufügen oder Entfernen eines oder mehrerer Segmente), ohne sie demontieren zu müssen, des Gussformwerkzeugs/der Kondensatorplatten zu ermöglichen.
Vorzugsweise sind die Segmente lösbar an einem Isolator befestigt. Der Isolator dient dazu, die Segmente zu fixieren. Der Isolator ist vorzugsweise für Hochspannung geeignet und verursacht keine nennenswerten Verluste bei HF-Strahlung, da er sich sonst erwärmen würde. Auch sollte das verwendete Material hinsichtlich seiner Feldleitfähigkeit und seines dielektrischen Verlustes keine sinnvolle Reaktion auf das verwendete elektromagnetische Feld zeigen, da dies wieder zu einer unerwünschten Erwärmung führen würde. Daher wird ein dielektrisches Material mit einem vorzugsweise niedrigen dielektrischen Verlustfaktor sowie einer niedrigen Dielektrizitätskonstante bevorzugt. Beispielsweise kann ein keramisches Material und/oder ein Kunststoffmaterial verwendet werden. Beispiele für dielektrische Polymere, die verwendet werden können, beinhalten: PEEK, PTFE, PE, PS, PET. Beispielhafte keramische Materialien, die verwendet werden können, beinhalten: Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Aluminiumsilikate.
Die Segmente der Elektrode oder Kondensatorplatte können am Isolator befestigt werden, z. B. mit Schrauben. Es können aber auch andere Mittel zur Befestigung, wie Steckverbindungen, Bolzen, Spannelemente etc. verwendet werden, um die Segmente am Isolator zu befestigen.
Beispielsweise ist mindestens ein Segment der durch die Segmente gebildeten Kondensatorplatte elektrisch mit der Strahlungsquelle verbunden.
Gemäß einer Möglichkeit können die Segmente der Kondensatorplatte dauerhaft an einem Isolator befestigt werden und einzeln ein- oder ausgeschaltet werden, um die Größe der Kondensatorplatte anzupassen. Dies ist relativ einfach möglich, insbesondere dann, wenn die segmentierte Kondensatorplatte flach ist, oder wenn zwei flache segmentierte Kondensatorplatten den Kondensator für die Bestrahlung der Partikel formen.
In diesem Fall sind die Segmente vorzugsweise elektrisch voneinander isoliert und jedes Segment ist separat mit der Strahlungsquelle verbunden, z. B. über eine Hochfrequenzleitung, falls ein Hochfrequenzgenerator als Strahlungsquelle verwendet wird.
Vorteilhafterweise sind die Segmente jeweils mit einem abstimmbaren Schwingkreis verbunden und können durch Abstimmen des jeweiligen Schwingkreises einzeln oder in Gruppen ein- oder ausgeschaltet bzw. aktiviert oder deaktiviert werden.
Insbesondere können die Segmente jeweils einen Teilkondensator formen, der an den abstimmbaren Schwingkreis angeschlossen ist.
Jeder Versorgungsleitung kann ein Regelkondensator zugeordnet sein, mit dem die über die jeweilige Leitung zugeführte Energie unabhängig voneinander angepasst werden kann. Durch die Regelung der Energiezufuhr auf den einzelnen Leitungen kann somit gesteuert werden, welches Segment bzw. welche Segmente des Kondensators betrieben werden. Durch das Zu- und Abschalten einzelner Segmente mit Hilfe der Schwingkreisabstimmung kann die Größe der Kondensatorplatte an die Größe des Gussformwerkzeugs in Bezug auf die strahlende Fläche angepasst werden. Das heißt, es ist nicht notwendig, einzelne Segmente je nach Gussformwerkzeug mechanisch zu entfernen oder anzubringen, um die Oberfläche der Kondensatorplatte anzupassen.
Vorzugsweise formen die Segmente gemeinsam eine konturierte Kondensatorplatte.
Insbesondere können die Segmente auf beiden Seiten der Gussform angeordnet werden und bilden dort insbesondere eine segmentierte Kondensatorplatte.
Die Segmente können auch nur auf einer Seite des Gussformholraums angeordnet sein und dort eine segmentierte Kondensatorplatte formen. Auf der anderen Seite des Gussformholraums kann z. B. eine durchgehende Kondensatorplatte angeordnet werden.
Auch auf der anderen Seite des Gussformholraums kann ein elektrisch leitender Bereich des Gussformwerkzeugs oder eine elektrisch leitende Gussformhälfte als Kondensatorplatte gegenüber der segmentierten Kondensatorplatte dienen. Bei einer konturierten Oberfläche ist jedoch eine elektrisch nicht-leitende Gussformhälfte zu bevorzugen, da es einfacher ist, ein homogenes elektrisches Feld zu erzeugen. Außerdem würde unter Verwenden einer elektrisch leitenden Gussformhälfte die Gefahr bestehen, dass die gefertigte Komponente in den an diese Gussformhälfte angrenzenden Bereichen verbrennt, so dass auch unter diesem Gesichtspunkt ein nicht leitendes Material bevorzugt wird.
Wären beide Gussformhälften elektrisch leitend, müsste eine Gussformhälfte an eine HF-Leitung der Abstrahlung angeschlossen werden, was relativ schwierig bzw. sehr aufwendig zu realisieren wäre.
Es ist vorteilhaft, wenn mindestens eine der aus den Segmenten geformten Kondensatorplatten elektrisch mit der Strahlungsquelle verbunden ist, während z. B. die andere Kondensatorplatte oder deren Segmente elektrisch geerdet oder mit Masse verbunden sind.
Insbesondere können die Segmente jeweils eine Geometrie aufweisen, die beim Zusammensetzen der Segmente eine Kondensatorplatte ergibt, deren Geometrie (insbesondere deren seitliche Ausdehnung) an die Geometrie und Größe des Gussformwerkzeugs angepasst ist. Beispielsweise können die Segmente rechteckig sein, vorzugsweise in unterschiedlichen Abmessungen, um durch Kombination mehrerer Segmente in Abhängigkeit von der Größe des zu bestrahlenden Gussformwerkzeugs unterschiedlich große Rechtecke als Kondensatorplatten zu formen.
Die Kanten benachbarter Segmente sind vorteilhaft parallel zueinander, um durch Zusammenfassen mehrerer Segmente die Kondensatorplatte zu formen.
Insbesondere ist es vorteilhaft, die einzelnen Segmente so anzuordnen, dass ein zentrales quadratisches Segment bereitgestellt wird und sich weitere Segmente entlang der Seiten des quadratischen Segments erstrecken. Auf diese Weise können durch die Kombination mehrerer Segmente unterschiedlich große Rechtecke erzeugt werden. Es kann ein weiterer Ring aus zusätzlichen Segmenten bereitgestellt werden.
Die Segmente können z. B. als Blechteile ausgeführt sein. Die Segmente können flexibel sein. Es ist vorteilhaft, wenn sie aus einem elektrisch gut leitfähigen Metall oder einer elektrisch gut leitfähigen Metalllegierung bestehen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Kondensatorplattensatz für eine Vorrichtung zur Herstellung eines Partikelschaumstoffteils, insbesondere einer Schuhsohle oder eines Teils einer Schuhsohle (z.B. einer Zwischensohle oder eines Teils davon) bereitgestellt.
In einer Ausführungsform umfasst der Kondensatorplattensatz mindestens ein erstes Kondensatorplattensegment, das an einem Isolator befestigbar ist und einen Anschlussbereich umfasst, der mit einer Strahlungsquelle zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung verbindbar ist, ein oder mehrere zweite Kondensatorplattensegmente, wobei das erste Kondensatorplattensegment und die zweiten Kondensatorplattensegmente dazu ausgebildet sind, gemeinsam eine Kondensatorplatte zu formen, deren Fläche in ihrer Größe an die Größe eines Gussformwerkzeugs zur Herstellung des Partikelschaumstoffteils anpassbar ist.
Die Kondensatorplattensegmente bilden einen Satz von mehreren Objekten, die zusammengehören, um mindestens eine oder auch mehrere segmentierte Kondensatorplatten zu formen, die in ihrer Größe an die Größe des Gussformwerkzeugs anpassbar sind, das zum Verschweißen der Schaumstoffpartikel zur Herstellung des Partikelschaumstoffteils verwendet wird.
Vorzugsweise sind die Kondensatorplattensegmente lösbar elektrisch und mechanisch verbindbar.
Insbesondere können auch die zweiten Kondensatorplattensegmente jeweils einen Anschlussbereich zum Anschluss an eine Strahlungsquelle zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung beinhalten.
Jedes Kondensatorplattensegment kann so ausgebildet sein, dass es von den anderen Kondensatorplattensegmenten in der daraus geformten Kondensatorplatte elektrisch isoliert ist und z.B. über einen abstimmbaren Schwingkreis mit der Energiequelle verbunden oder von ihr getrennt werden kann.
Vorzugsweise ist der Kondensatorplattensatz zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß einem der Aspekte der Erfindung ausgebildet.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Partikelschaumstoffteils, insbesondere einer Schuhsohle oder eines Teils einer Schuhsohle (z.B. einer Zwischensohle oder eines Teils davon).
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: a.) Einfüllen von Schaumstoffpartikeln in einen Gussformholraum eines Gussformwerkzeugs, wobei mindestens zwei Kondensatorplatten benachbart zum Gussformholraum angeordnet sind, die elektrisch mit einer Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung verbunden sind, um elektromagnetische Strahlung zu erzeugen; b.) Verschweißen der Schaumstoffpartikel durch die elektromagnetische Strahlung zwischen den Kondensatorplatten; und c.) Entformen; wobei d.) mindestens eine der beiden Kondensatorplatten aus einer Vielzahl von Segmenten geformt ist, und die Fläche der mindestens einen Kondensatorplatte durch Zusammenfassen der strahlungserzeugenden Segmente an die Größe des Gussformwerkzeugs angepasst ist.
Die Schaumstoffpartikel werden im Gussformwerkzeug erwärmt, so dass sie zu dem Partikelschaumstoffteil verschweißt werden. Die Erwärmung der Schaumstoffpartikel erfolgt unter Verwendung elektromagnetischer HF-Strahlung.
Es ist vorteilhaft, die Segmente elektrisch und mechanisch lösbar zu verbinden, um sie zu kombinieren.
Gemäß einer Option können die Segmente elektrisch isoliert voneinander angeordnet werden und z. B. durch Abstimmung eines an ein jeweiliges Segment angeschlossenen Schwingkreises ein- oder ausgeschaltet werden, um sie zu verbinden. Auf diese Weise kann die Fläche der strahlenden Kondensatorplatte eingestellt werden, ohne dass Segmente mechanisch verschoben oder mechanisch hinzugefügt werden müssen. Insbesondere entfällt das mühsame mechanische Trennen oder Verbinden von Segmenten mit der Strahlungsquelle beim Einstellen der Fläche der Kondensatorplatte.
Insbesondere können die Segmente jeweils einen Teilkondensator formen.
Es ist vorteilhaft, zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens eine erfindungsgemäße Vorrichtung und/oder einen erfindungsgemäßen Kondensatorplattensatz zu verwenden.
Die Schaumstoffpartikel bestehen vorzugsweise aus bzw. umfassen geschäumte thermoplastische Materialien, insbesondere thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polylactat (PLA), Polyamid (PA), Polyetherblockamid (PEBA), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT) oder thermoplastisches Polyesteretherelastomer (TPEE). Die Schaumstoffpartikel können auch ein Korn sein, das mehrere Polymertypen in einem Schaumstoffpartikel enthält, oder die Schaumstoffpartikel können eine Mischung aus verschiedenen Partikeln unterschiedlicher Schaumstoffpolymere oder Kombinationen davon sein. Vorzugsweise bestehen die Schaumstoffpartikel zu 90 Gew.-% aus einem oder einer Mischung dieser Materialien. Bei diesen Schaumstoffpartikeln handelt es sich um Partikel, die einen sogenannten Kornschaum, in der Fachwelt auch als Pellet-/Partikelschaum bekannt, umfassen. Häufig werden die Schäume, die unter Verwendung von zusammenhängenden Schaumstoffpartikeln entstehen, mit der Bezeichnung „e“ versehen, um die Kornform der Polymerschaumkomponente zu kennzeichnen, z. B. eTPU.
Die Erwärmung der Schaumstoffpartikel aus diesen Materialien erfolgt vorzugsweise durch direkte Absorption von HF-Strahlung. Das bedeutet, dass die Erwärmung nicht oder nur zu einem geringen Teil durch ein wärmeübertragendes Medium, wie z. B. Wasser, erfolgt, das die HF-Strahlung absorbiert und an die Schaumstoffpartikel weitergibt. Die direkte Absorption der HF-Strahlung ist zum einen sehr effizient und ermöglicht auch das Verschweißen von Schaumstoffpartikeln aus Materialien wie Polyethylenterephthalat (PET), deren Erweichungstemperatur oberhalb von 200°C (meist um 260°C) liegt, was durch die Beheizung mit einem wässrigen Wärmeträger nicht möglich ist. Außerdem kann die Verwendung solcher Wärmeträger vermieden bzw. reduziert werden, wodurch sich die Qualität des Endprodukts verbessert.
Die Zugabe eines Wärmeträgers ist aber auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich.
Die elektromagnetische HF-Strahlung weist vorzugsweise eine Frequenz von mindestens 30 kHz oder mindestens 0,1 MHz, insbesondere von mindestens 1 MHz oder mindestens 2 MHz, vorzugsweise von mindestens 10 MHz auf. Die maximale Frequenz kann 300 MHz betragen. Konkrete (Mitten-) Frequenzen, die verwendet werden können und für die Strahlungsquellen leicht kommerziell verfügbar sind, sind z. B. 6,78 MHz, 13,56 MHz, 27,12 MHz, 40,68 MHz. Es können aber auch (Mitten-) Frequenzen von 2,45 GHz oder 5,8 GHz verwendet werden.
Zur Erzeugung der elektromagnetischen HF-Strahlung sind die Kondensatorplatten vorzugsweise auf dem Gussformwerkzeug angeordnet, das ansonsten aus einem elektrisch isolierenden Material besteht. An die Kondensatorplatten wird eine hochfrequente Spannung mit einer Amplitude von etwa mindestens 1 kV bis zu einigen kV, vorzugsweise mindestens 10 kV und insbesondere mindestens 20 kV angelegt.
Mit solchen elektrischen Spannungen kann eine Leistung im Bereich von 10 kW bis 60 kW auf die Schaumstoffpartikel im Gußformhohlraum übertragen werden. Damit lassen sich auch großvolumige Partikelschaumstoffteile und/oder Schuhsohlen oder Teile davon mit sehr kurzen Zykluszeiten von ca. 30 Sekunden bis 2 Minuten zuverlässig herstellen.
Die Schaumstoffpartikel können im Gussformwerkzeug verdichtet werden. Das Gussformwerkzeug kann z. B. als Rissspalt-Gußformwerkzeug ausgeführt sein. Darin werden die Schaumstoffpartikel zusätzlich zu der Kompressionswirkung, die durch ihre thermische Ausdehnung während des Schweißvorgangs entsteht, mechanisch komprimiert.
Das Gussformwerkzeug besteht vorzugsweise aus einem Material, das für die verwendete elektromagnetische HF-Strahlung im Wesentlichen transparent ist (z. B. im Sinne einer geringen relativen Permittivität). Mögliche Materialien beinhalten Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylen (PE), insbesondere ultrahochmolekularegewichtiges Polyethylen (UHMWPE), Polyetherketon (PEEK). Es kann aber auch halbtransparentes Material verwendet werden, wie Polyethylenterephthalat (PET), Polyoxymethylen (POM) oder Polyketon (PK).
Für den Fall, dass die Segmente zur Bildung des Kondensators einzeln oder in Gruppen zusammengeschaltet oder getrennt werden können, kann die elektromagnetische Strahlungsquelle als Teil eines Generatorschwingkreises ausgeführt werden. Leitungen zur Führung der elektromagnetischen Wellen formen zusammen mit je einem Segmentpaar einen Werkzeugschwingkreis, der einen Teilkondensator bildet. Durch Verändern einer Induktivität oder einer Kapazität ist der Werkzeugschwingkreis abstimmbar und bildet einen abstimmbaren Schwingkreis, durch den die Übertragung von Leistung gezielt gesperrt oder freigegeben werden kann.
Eine Vorrichtung zur Steuerung des abstimmbaren Schwingkreises kann so ausgebildet sein, dass die Leistungszufuhr vom Generatorschwingkreis zum Werkzeugschwingkreis, der als abstimmbarer Schwingkreis ausgebildet sein kann, durch dessen Abstimmung ein- oder freigegeben oder unterbrochen werden kann. Auf diese Weise wird der aus mehreren Segmenten geformten Kondensatorplatte, die das Gussformwerkzeug während des Schweißvorgangs mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt, das entsprechende Segment zugefügt oder entnommen.
Die Leistung, die mit den Mitteln der Abstimmung des Schwingkreises in den Gussformholraum übertragen werden kann, liegt je nach Dimensionierung des Generators und der Leitungen, mit denen der/die Generatorschwingkreis(e) mit dem/den abstimmbaren Schwingkreis(en) verbunden sind, im Bereich von 25 kW bis 60 kW.
Einer der beiden Kondensatorplatten kann elektrisch mit Masse in allen Optionen der verschiedenen Aspekte der Erfindung hierin diskutiert verbunden werden. Die andere Kondensatorplatte kann direkt mit der Strahlungsquelle entweder direkt oder durch eines oder mehrere seiner Segmente verbunden sein, wobei die Strahlung zu dieser Kondensatorplatte als elektromagnetische Wellen relativ zur Erde zugeführt wird.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit dem oben beschriebenen ersten, zweiten und/oder dritten Aspekt der Erfindung und all ihren möglichen Optionen, Modifikationen und Ausführungsformen kombiniert werden kann (sofern dies nicht physikalisch oder technisch ausgeschlossen ist), wird bereitgestellt durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Partikelschaumstoffteils, insbesondere einer Schuhsohle oder eines Teils einer Schuhsohle (z.B. einer Zwischensohle oder eines Teils einer Zwischensohle).
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung: a.) ein aus mindestens zwei Gussformhälften gebildetes Gussformwerkzeug, das einen Gussformhohlraum definiert; b.) mindestens zwei Kondensatorplatten, die benachbart zu dem Gussformhohlraum angeordnet sind; wobei c.) mindestens eine der Kondensatorplatten mit einer Strahlungsquelle verbunden ist; und wobei d.) mindestens eine der Kondensatorplatten mehrere Segmente aufweist, die einen anpassbaren Abstand zu dem Gussformhohlraum haben.
Wir weisen darauf hin, dass die Anordnung der Kondensatorplatten „benachbart“ zum Gussformholraum nicht bedeutet, dass die Kondensatorplatten in direktem Kontakt mit der Gussformholraums stehen oder die Wände der Gussformholraums bilden. Vielmehr ist damit gemeint, dass die Kondensatorplatten „um“ den Gußformhohlraum herum und in einem Abstand davon angeordnet sind, der es erlaubt, den Gußformhohlraum mit einem elektromagnetischen Wechselfeld zu fluten oder zu bestrahlen, das geeignet ist, die gewünschte Verschweißung der Schaumstoffpartikel in dem Gußformhohlraum zu erzeugen. Typischerweise werden Komponenten oder Teile von z.B., des Gussformwerkzeugs (insbesondere Teile, die für die verwendete elektromagnetische Strahlung transparent oder weitgehend transparent sind) zwischen den Kondensatorplatten und dem Gussformhohlraum angeordnet (siehe z. B. die ausführliche Diskussion möglicher Ausführungsformen in Bezug auf die Figuren in den Abschnitten unten), und die Form und die Abmessungen des Gussformhohlraums werden durch das Gussformwerkzeug und nicht durch die Kondensatorplatten selbst definiert (wodurch es generell möglich ist, verschiedene Gussformwerkzeuge mit verschiedenen Gussformhohlräumen zwischen demselben Satz von Kondensatorplatten zu verwenden).
In der vorgestellten Vorrichtung sind die Mehrfachsegmente (im Folgenden auch „Elektrodenelemente“ genannt) so gestaltet, dass manuelle oder automatische Formänderungen der jeweiligen Kondensatorplatte (im Folgenden auch „Elektrode“ genannt) möglich sind. Diese Formänderungen werden verwendet, um die elektrische Feldstärke innerhalb des Gußformhohlraums lokal zu steuern und damit die Materialerwärmung an dieser Stelle zu regeln, wie weiter unten noch näher erläutert wird. Diese Modularität bringt sowohl Fertigungs- als auch Produktvorteile.
Frühere Bemühungen in der Gussformentwicklung konzentrierten sich auf eine ausgeklügelte, durch exakte Simulation geleitete Elektrodenauslegung mit dem Ziel, das elektromagnetische Feld im Inneren der Formkavität durch die direkte Auslegung der Elektroden/Kondensatorplatten möglichst genau an die gewünschten Werte anzupassen. Da die Teilchenfusion mit Mitteln der elektromagnetischen Strahlung (insbesondere HF-Strahlung) auf einer dielektrischen Erwärmung der Zielmaterialien basiert, ist die Homogenität der Erwärmung von einer gleichmäßigen elektrischen Feldverteilung bei der Arbeitsfrequenz abhängig. Das Feld wird typischerweise zwischen (mindestens) zwei leitfähigen Elektroden/Kondensatorplatten, einer aktiven und einer geerdeten, aufgebaut, zwischen denen ein isolierendes Gussformwerkzeug und das Targetteil (hier: eine Schuhsohle oder ein Teil davon) sitzen. Üblicherweise sind die leitfähigen Metallelektroden/Kondensatorplatten teilweise verformt, um die Feldverteilung auf die Störungen einzustellen, die durch das Gussformwerkzeug und das zu formende Teil verursacht werden. Wenn diese Formgebung nicht korrekt ist, müssen mehrere Teile des Werkzeugs geändert werden, um das Elektrodendesign zu optimieren. Außerdem kann die Elektrodenform nicht während des Prozesses oder zwischen Prozessschleifen geändert werden, um sich an geänderte Produktanforderungen oder Materialschwankungen anzupassen.
Die vorgestellte Vorrichtung ermöglicht dagegen flexible Änderungen des Werkzeugaufbaus, insbesondere hinsichtlich des Abstands zwischen den aktiven und passiven Elektroden/Kondensatorplatten, und vor allem hinsichtlich der Gitterauflösung. Der Wechsel kann je nach gewählter Ansteuerung manuell oder aktiv erfolgen. Die Änderung kann für das Teil, das gerade gefertigt wird, festgelegt werden oder sogar während des Prozesses geändert werden, um eine noch bessere Steuerung zu ermöglichen, als sie derzeit möglich ist. Zum Beispiel kann man je nach gewählter Gitterauflösung die Feldstärke lokal erhöhen oder verringern und damit die Aufheizrate und die maximale Temperatur, die das Target erfährt, einstellen. Dies ermöglicht z. B. eine schnelle Anpassung an neue Gussformgeometrien und lokal abgestimmte Bauteileigenschaften.
Mindestens eine der Elektroden/Kondensatorplatten ist daher in eine Ansammlung von Elementen oder Segmenten aufgeteilt (z.B. ein Gitter aus solchen Elementen/Segmenten), die parallel zur z-Achse, die in Richtung von der Elektrode/Kondensatorplatte zur Gussform liegt, bewegt werden können, aber vorzugsweise immer noch elektrisch mit einem Hauptkörper der Elektrode (sei es die aktive oder passive Seite, vorzugsweise die passive) verbunden sind, der dann weiter mit einem Strahlungsgenerator oder Erdpotential (vorzugsweise Erdpotential, da dies einen einfacheren Aufbau ermöglicht) verbunden ist. Der Abstand zwischen den Elektrodenelementen/Segmenten und dem Gußformhohlraum, und damit zwischen den gegenüberliegenden Elektroden/Kondensatorplatten, beeinflusst die lokale Feldstärke im Spalt zwischen den beiden Elektroden/Kondensatorplatten und damit innerhalb des Gußformhohlraums. Dieser Abstand kann durch eine beliebige Form des Aktuators eingestellt werden und die Abstandssteuerung kann auf der Ebene der einzelnen Segmente erfolgen. Insbesondere ist es möglich, alle Elemente immer in elektrischem Kontakt zu halten und keine Beeinträchtigung des elektromagnetischen Fusionsprozesses durch die Segmentsteuerung zu haben.
Beispielsweise wurde eine Reihe von Durchläufen unter Verwendung eines Aluminium-Breadboards durchgeführt, das eine Reihe von Schrauben hält. Die Schrauben wurden manuell auf unterschiedliche Höhen eingestellt. Beim Aufschmelzen von Partikeln aus verbrauchtem thermoplastischem Polyurethan (eTPU) wurden bei den verschiedenen Elektrodenkonfigurationen deutliche Unterschiede in der Aufheizrate und der Maximaltemperatur erzielt. Auch die Eigenschaften der gefertigten Teile änderten sich lokal und entsprechend.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass unter Verwendung der vorgestellten Vorrichtung eine verbesserte Prototypen-/Teilequalität erreicht werden kann und sie sich sehr gut für Produkttests und/oder Prototyping eignet. Dadurch kann eine schnellere Prozessentwicklung für neue Produkte erfolgen und es stehen kostengünstigere Werkzeuge zur Verfügung. Die Variation des Abstands der Segmente zum Gußformhohlraum und damit des Abstands zwischen den beiden Elektroden/Kondensatorplatten während des Fusionsvorgangs kann auch neue Verfahren zur Prozess- und damit Produktoptimierung ermöglichen.
Weitere Details, Möglichkeiten und Ausführungsformen einer solchen Vorrichtung sowie einige der damit verbundenen technischen Vorteile werden im Folgenden diskutiert.
Wie bereits erwähnt, können die Segmente mit einem elektrisch leitenden Elektrodenhauptkörper elektrisch verbunden sein. Der Elektrodenhauptkörper kann insbesondere auf Erdpotential liegen.
Insbesondere kann die Kondensatorplatte, die mit der Strahlungsquelle (z. B. einem Generator für HF-Strahlung) verbunden ist, eine erste Kondensatorplatte auf einer Seite der Gussform sein, und die Kondensatorplatte, die die mehreren Segmente aufweist, die einen anpassbaren Abstand zur Gussform haben, kann eine zweite Kondensatorplatte auf einer gegenüberliegenden Seite der Gussform sein.
Beispielsweise können, wie eingangs erwähnt, eine „aktive“, mit der Strahlungsquelle verbundene Kondensatorplatte und eine „passive“, die einstellbaren Segmente enthaltende Kondensatorplatte auf gegenüberliegenden Seiten der Gussform angeordnet sein und dem Gußformhohlraum dazwischen einschließen, wobei durch das Einstellen des Abstands der Segmente zum Gußformhohlraum effektiv auch der Abstand zwischen den beiden Kondensatorplatten lokal verändert wird. Dies führt in dem Gußformhohlraum zu einer Veränderung der Feldstärkeverteilung des den Gußformhohlraum durchflutenden elektromagnetischen Feldes und damit an den Partikeloberflächen, die unter dem Einfluss des elektromagnetischen Feldes verschweißt werden.
Der Abstand der Segmente zum Gußformhohlraum kann durch mechanische und/oder elektrische Mittel individuell eingestellt werden.
Die Segmente können insbesondere in einem zweidimensionalen Gitter, insbesondere in einem Gitterraster, angeordnet sein.
Die Gitterdichte (d. h. die Anzahl der einstellbaren Segmente pro Einheitsfläche) kann auch lokal variieren. So können z. B. entsprechend dem Zehenbereich und/oder dem Fersenbereich einer herzustellenden Schuhsohle Segmente mit einer im Vergleich zu anderen Teilen der Sohle erhöhten Dichte angeordnet werden, um in diesen Bereichen eine noch höhere Steuerung des Schweißprozesses zu ermöglichen.
Alternativ oder zusätzlich zur Veränderung der Dichte der Anordnung der Segmente kann auch deren strahlungsabgebende Fläche lokal verändert werden. So können z. B. Schrauben oder Stifte mit unterschiedlichen Kopfgrößen verwendet werden (typischerweise: kleinere Kopfgrößen in Bereichen mit höherer Dichte der Segmente).
Wie gerade erwähnt, können die Segmente als Schrauben oder Stifte bereitgestellt werden, die einstellbar mit dem Elektrodenhauptkörper verbunden sind. Die Schrauben können z. B. Metallschrauben sein, die in den Elektrodenhauptkörper eingeschraubt werden, und der Elektrodenhauptkörper kann auch aus Metall bestehen oder Metall umfassen, z. B. Aluminium.
Auf dem Elektrodenhauptkörper kann ferner eine Abdeckplatte bzw. eine Abdeckschicht aus elektrisch nicht-leitendem Material angeordnet sein und Öffnungen umfassen, in denen die Schrauben oder Stifte angeordnet sind.
Eine solche Abdeckplatte kann verwendet werden, um die Stabilität der Anordnung der Segmente selbst zu erhöhen, z. B. indem es den Segmenten eine seitliche Stabilisierung bereitstellt, insbesondere wenn sie weit aus dem Elektrodenhauptkörper herausbewegt werden (z. B. wenn die Schrauben fast auf voller Länge aus der Grundplatte herausgeschraubt werden). Sie kann aber auch dazu dienen, eine stabile Plattform bereitzustellen, auf der weitere Teile des Gussformwerkzeugs, die zwischen der Elektroden-/Kondensatorplatte und dem Gussformhohlraum liegen, aufliegen können. Ohne diese Platte oder Schicht würde die einstellbare Position der Segmente zu einer variierenden Auflagefläche für die angrenzenden Komponenten des Gussformwerkzeugs führen, was nicht nur eine kompliziertere Konstruktion erfordert, sondern auch der Stabilität des Werkzeugs abträglich sein kann.
Eine solche Abdeckplatte kann aus einer elektrisch isolierenden Abdeckung bestehen oder diese umfassen. Vorzugsweise ist die Abdeckplatte aus einem oder mehreren der folgenden Materialien hergestellt oder umfasst diese: Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylen (PE), insbesondere ultrahochmolekulargewichtiges Polyethylen (UHMWPE), Polyetherketon (PEEK), ein Thermoplast, ein Duroplast, Polyethylenterephthalat (PET), Polyoxymethylen (POM), Polystyrol (PS), ein isolierendes Mineralmaterial.
Eine Option ist, dass jedes der einstellbaren Segmente auf mindestens eine der folgenden vier Positionen eingestellt werden kann: entfernt oder elektrisch nicht angeschlossen, eine niedrige Position, eine mittlere Position, eine hohe Position.
Die einstellbaren Segmente können z. B. durch die Abstimmung eines Schwingkreises, wie er in Bezug auf die anderen Aspekte der Erfindung offenbart ist, und/oder durch einfache Schaltelemente elektrisch getrennt werden.
Anstatt in vorgegebenen Positionen einstellbar zu sein, können einige oder alle Segmente auch kontinuierlich in ihren Positionen eingestellt werden (d.h. in jeder Position zwischen einer untersten und einer obersten Position).
Eine endliche Anzahl von vorbestimmten Positionen aufzuweisen, kann den Betrieb der Vorrichtung erleichtern, während die Möglichkeit einer kontinuierlichen Anpassung der Segmentposition (in z-Richtung, d. h. zum Gußformhohlraum hin und von ihm weg) den Einfluss und die Steuerung auf die elektromagnetische Feldstärkeverteilung erhöhen.
Es ist möglich, dass die Position der Segmente eingestellt werden kann, während der Gußformhohlraum mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt oder geflutet wird. Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass mit der „Position“ die Lage der Segmente in z-Richtung bzw. in der Höhe gemeint ist. Mit anderen Worten, wenn die Position der Segmente verändert wird, ändert sich ihr Abstand zum Gussformhohlraum.
Wie bereits oben diskutiert und erläutert, beeinflusst das Einstellen der Position eines oder mehrerer Segmente, d. h. deren Abstand zum Gußformhohlraum und damit in der Regel auch zur gegenüberliegenden Elektrode/Kondensatorplatte, die Feldstärkeverteilung des abgestrahlten elektromagnetischen Feldes innerhalb des Gußformhohlraum.
Zusätzlich kann auch die Form der mit der Strahlungsquelle verbundenen Kondensatorplatte zumindest teilweise an die Geometrie des herzustellenden Teils (d.h. der Schuhsohle oder eines Teils einer Schuhsohle wie einer Zwischensohle oder eines Teils davon) angepasst werden.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung, der Hand in Hand mit dem vierten Aspekt geht und der ebenfalls unter Verwendung von oder auf der Grundlage von beliebigen der im Zusammenhang mit dem ersten, zweiten und/oder dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung offenbarten Möglichkeiten, Ausführungsformen und Beispielen erfolgen kann, ist ein Verfahren zur Herstellung einer Schuhsohle oder eines Teils einer Schuhsohle aus Schaumstoffpartikeln.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren: a.) das Einbringen der Partikel in einen Gußfromholraum (bzw. eine Gußform) eines Gussformwerkzeugs, das aus mindestens zwei Gussformhälften gebildet ist, die den Gußformhohlraum definieren, wobei mindestens zwei Kondensatorplatten an dem Gußformhohlraum angeordnet sind, wobei mindestens eine der Kondensatorplatten mit einer Strahlungsquelle verbunden ist, und wobei mindestens eine der Kondensatorplatten mehrere Segmente aufweist, die einen anpassbaren Abstand zum Gußformhohlraum aufweisen; b.) Bestrahlen des Gußformhohlraum mit elektromagnetischer Strahlung, die von den Kondensatorplatten ausgesandt wird; und c.) lokales Anpassen einer Feldstärkeverteilung des einstrahlenden elektromagnetischen Feldes innerhalb des Gußformhohlraum durch Verändern des anpassbaren Abstandes der Segmente zu dem Gußformhohlraum.
Die Modifikation kann vor und/oder während der Bestrahlung des Gußformhohlraum mit der elektromagnetischen Strahlung erfolgen.
Die Schaumstoffpartikel bestehen vorzugsweise aus expandierten thermoplastischen Materialien, insbesondere aus thermoplastischem Polyurethan (TPU), Polylactat (PLA), Polyamid (PA), Polyetherblockamid (PEBA), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT) oder thermoplastischem Polyesterether-Elastomer (TPEE). Die Schaumstoffpartikel können auch ein Korn sein, das mehrere Polymertypen in einem Schaumstoffpartikel enthält, oder die Schaumstoffpartikel können eine Mischung aus verschiedenen Partikeln unterschiedlicher Schaumstoffpolymere oder Kombinationen davon sein. Vorzugsweise bestehen die Schaumstoffpartikel zu 90 Gew.-% aus einem oder einer Mischung dieser Materialien. Bei diesen Schaumpartikeln handelt es sich um Partikel, die einen sogenannten Kornschaumstoff, in der Fachwelt auch als Pellet-/Partikelschaum bekannt, umfassen. Häufig werden die Schäume, die unter Verwendung von zusammenhängenden Schaumstoffpartikeln entstehen, mit der Bezeichnung „e“ versehen, um die Kornform der Polymerschaumstoffkomponente zu kennzeichnen, z. B. eTPU.
Es wird erwähnt, dass solche Schaumstoffpartikel in der Technik auch als Partikel aus expandiertem Material bezeichnet werden, wobei ein expandiertes Material ein Material ist, das bereits geschäumt wurde (im Gegensatz zu einem expandierbaren Material, das geschäumt werden kann, aber noch nicht geschäumt wurde). Mit anderen Worten, die Partikel weisen bereits einen Kern aus geschäumtem Material auf, bevor sie in den Gußformhohlraum eingebracht werden.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Verwendung der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darüber hinaus wird ausdrücklich auf die veröffentlichten Dokumente DE 10 2016 100 690 A1 und DE 10 2016 123 214 A1 und auf die deutsche Patentanmeldung Nr. 10 2019 127 680.2 sowie auf die veröffentlichten Anmeldungen DE 10 2015 202 013 A1 und DE 10 2016 223 980 A1 der Anmelderung der vorliegenden Anmeldung verwiesen, in denen Vorrichtungen und Verfahren detailliert beschrieben sind, die durch die Aspekte der Erfindung weiterentwickelt und verbessert werden.
Die beinhalteten Zeichnungen zeigen Folgendes:

1 zeigt schematisch ein Beispiel einer Vorrichtung zur Herstellung eines Partikelschaumstoffteils;
2 ist eine schematische Darstellung einer segmentalen Anordnung, die zwei gegenüberliegende Kondensatorplatten für die Herstellung eines Partikelschaumstoffteils formt;
3 zeigt eine Anordnung von miteinander verbundenen Segmenten schematisch in einem Querschnitt;
4 zeigt eine Anordnung von Segmenten, die zusammen eine Kondensatorplatte formen, als eine schematische Ansicht der Oberfläche der Kondensatorplatte;
5-8 zeigen verschiedene Vorrichtungen zur Herstellung eines Partikelschaumstoffteils gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung;
9 zeigt eine Anordnung zum Aussetzen eines Gussformwerkzeugs elektromagnetischer Strahlung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in schematischer Form;
10 zeigt schematisch ein Ersatzschaltbild für eine Anordnung von Segmenten, von denen jedes separat mit einer Strahlungsquelle zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung verbunden ist;
11 zeigt eine Schaltvorrichtung zum Verbinden oder Trennen eines Kondensatorplattensegments mit oder von der Kondensatorplatte, um elektromagnetische Strahlung auszusenden;
12 zeigt eine Steuervorrichtung zum Steuern der Leistungsversorgung in einem Schaltplan; und
13a-f zeigen einen Teil einer Vorrichtung mit einer Kondensatorplatte, die mehrere Segmente aufweist, die einen anpassbaren Abstand zum Gußformhohlraum haben, sowie entsprechende Messergebnisse, die aus einer Reihe von Testläufen mit einer solchen Vorrichtung gewonnen wurden.

5. Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Eine mögliche Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Partikelschaumstoffteils, insbesondere einer Schuhsohle oder einer Zwischensohle oder eines Teils einer Schuhsohle/Zwischensohle, ist in 1 dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Materialbehälter 2, ein Gussformwerkzeug 3 und eine Linie 4, die von dem Materialbehälter 2 zu dem Gussformwerkzeug 3 führt.
Der Materialbehälter 2 wird zur Aufnahme von losen Schaumstoffpartikeln verwendet. Der Materialbehälter 2 weist einen Boden 5 auf und ist im Boden 5 über eine Druckluftleitung 6 mit einer Druckluftquelle 7 verbunden. Die Druckluftleitung 6 ist mit mehreren im Boden 5 angeordneten Düsen (nicht dargestellt) verbunden, so dass mehrere Luftströme (= Fluidisierungsluft) in den Materialbehälter 2 eingeleitet werden können, die die darin enthaltenen Schaumstoffpartikel verwirbeln und somit trennen.
Im Bereich des Bodens 5 des Materialbehälters 2 ist eine Öffnung geformt, an die die Förderleitung 4 angeschlossen ist. Die Öffnung kann mit Mitteln eines Schiebeventils (nicht gezeigt) verschlossen werden.
Angrenzend an den Materialbehälter 5 befindet sich in der Förderleitung 4 eine Treibdüse 8, die über eine weitere Druckluftleitung 9 mit der Druckluftquelle 7 verbunden ist. Die dieser Treibdüse 8 zugeführte Druckluft dient als Transportluft, da sie durch die Treibdüse 8 in die Transportleitung 4 eintritt und in Richtung des Gussformwerkzeugs 3 strömt. Dadurch entsteht an der Treibdüse 8 auf der dem Materialbehälter 2 zugewandten Seite ein Unterdruck, der Schaumstoffteile aus dem Materialbehälter 2 ansaugt.
Die Förderleitung 4 führt zu einem Füllinjektor 10, der mit dem Gussformwerkzeug 3 gekoppelt ist. Der Füllinjektor 10 ist über eine weitere Druckluftleitung 11 mit der Druckluftquelle 7 verbunden. Die dem Füllinjektor 10 zugeführte Druckluft wird einerseits zum Befüllen des Gussformwerkzeugs 3 verwendet, indem die Druckluft in Richtung des Gussformwerkzeugs 3 auf den Schaumstoffpartikelstrom wirkt. Andererseits kann die dem Füllinjektor 10 zugeführte Druckluft auch dazu verwendet werden, die Schaumstoffpartikel nach Beendigung des Füllvorgangs am Gussformwerkzeug 3 aus der Förderleitung 4 in den Materialbehälter 2 zurückzublasen.
Das Gussformwerkzeug 3 ist aus zwei Gussformhälften 12, 13 geformt. Zwischen den beiden Formhälften 12, 13 ist mindestens ein Gussformhohlraum 14 definiert, in den der Füllinjektor 10 zum Einbringen der Schaumstoffpartikel mündet. Das Volumen der Gussform 14 kann durch Zusammenführen der beiden Formhälften 12, 13 verkleinert werden. Beim Auseinanderfahren der Gussformhälften 12, 13 bildet sich zwischen den Gussformhälften 12, 13 ein Spalt, der als Rissspalt bezeichnet wird. Aus diesem Grund wird ein solches Gussformwerkzeug 3 auch als Rissspaltform bezeichnet.
Auf jeder Gussformhälfte 12, 13 ist jeweils eine Kondensatorplatte 15, 16 angeordnet. Diese Kondensatorplatten 15, 16 bestehen jeweils aus einem Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit, wie z. B. Kupfer oder Aluminium. An der Gussformhälfte 13 befindet sich der Füllinjektor 10. Der Füllinjektor 10 ragt durch eine Aussparung in der Kondensatorplatte 16, die an der Gussformhälfte 13 befestigt ist.
Die beiden Kondensatorplatten 15, 16 sind jeweils aus mehreren Segmenten 85, 86 geformt, die nebeneinander angeordnet sind und elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind. Die Segmente 85, 86 sind voneinander trennbar.
Durch Hinzufügen oder Entfernen einzelner Segmente 85, 86 kann die Größe der aus den Segmenten 85 geformten ersten Kondensatorplatte 15 und die Größe der aus den Segmenten 86 geformten zweiten Kondensatorplatte 16 an die Größe des Gussformwerkzeugs 3 angepasst werden. Auf diese Weise können unterschiedlich große Gussformwerkzeuge 3 zwischen den Kondensatorplatten 15, 16 angeordnet werden. Dadurch ist es möglich, elektromagnetische Strahlung zwischen den Kondensatorplatten 15, 16 gezielt nur im Bereich des Gußformhohlraum 14 zu erzeugen. In Bereichen, in denen keine elektromagnetische Strahlung zum Verschweißen von Schaumstoffpartikeln benötigt wird, kann die Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung durch Entfernen einzelner Segmente 85, 86 vermieden werden.
Die Segmente 85, 86 sind jeweils an einem Isolator 80, 81 befestigt und formen zwei gegenüberliegende Segmentanordnungen. Die Isolatoren 80, 81 werden verwendet, um die Segmente 85, 86 auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Gussformwerkzeugs 3 zu fixieren.
Die Isolatoren 80, 81 mit den daran befestigten Segmenten 85 und 86 sind relativ zueinander beweglich gelagert. Dies bedeutet, dass die Formhälften 12, 13 des Gussformwerkzeugs 3 zusammen mit den segmentierten Kondensatorplatten 15, 16, die an den Seiten des Gussformwerkzeugs 3 anliegen, aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden können. Weiterhin ist ein Austausch des Gussformwerkzeugs 3 möglich, wenn die Segmentanordnungen 85, 86 auseinander bewegt werden.
Optional können die Segmente 85, 86 auch so am Gussformwerkzeug 3 befestigt werden, dass sie vom Gussformwerkzeug 3 und voneinander gelöst werden können. In diesem Fall können beide Isolatoren 80, 81, oder zumindest einer davon, entfallen.
Eines der Segmente 85 ist über eine elektrische Leitung 17 mit einem Generator 18 zur Übertragung von hochfrequenten Spannungen verbunden, der eine Wechselspannungsquelle formt. Durch die elektrische Verbindung der Segmente 85 untereinander werden diese mit hochfrequenten Spannungen beaufschlagt und formen so die Kondensatorplatte 15.
Die Segmente 86 auf der gegenüberliegenden Seite der Gussformhälfte 13, die die Kondensatorplatte 16 formen, sind ebenso wie der Generator 18 elektrisch mit Masse 30 verbunden. Da die Segmente 86 auch untereinander elektrisch verbunden sind, ist nur eines der Segmente mit Masse 30 verbunden.
Der Generator 18 ist eine Quelle für elektromagnetische Strahlung. Der Generator ist vorzugsweise für die Erzeugung von HF-Strahlung ausgelegt. Der Generator kann auch für die Erzeugung von Mikrowellenstrahlung ausgelegt sein. Bei größeren Gußformholräumen 14 kann HF-Strahlung zur Erwärmung des Gussformwerkzeugs 3 wesentlich gleichmäßiger verwendet werden als Mikrowellenstrahlung. Darüber hinaus können die meisten Kunststoffmaterialien HF-Strahlung viel besser absorbieren als Mikrowellenstrahlung. Daher wird die Verwendung von HF-Strahlung bevorzugt.
Die Gußformhälften 12, 13 weisen jeweils einen Grundkörper auf, der aus einem elektrisch nicht-leitenden und insbesondere für elektromagnetische HF-Strahlung weitgehend transparenten Material, wie Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylen (PE), insbesondere ultrahochmolekulargewichtiges Polyethylen (UHMWPE), Polyetherketon (PEEK), geformt sein kann. Vorzugsweise sind nur die Kondensatorplatten 15, 16 elektrisch leitfähig. Das „im Wesentlichen transparente Material“ ist ein Material, das von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere HF-Strahlung, durchdrungen werden kann. Dieses Material kann jedoch gezielt mit einem bestimmten Absorptionskoeffizienten für elektromagnetische HF-Strahlung ausgelegt sein, um einen Teil der elektrischen HF-Strahlung in Wärme umzuwandeln und die Gussformhälften 12, 13 zu erwärmen. Dies wird im Folgenden näher erläutert.
Das Gussformwerkzeug 3 kann optional an eine Vakuumpumpe angeschlossen werden, so dass in dem Gußformhohlraum 14 ein Vakuum angelegt werden kann. Dieses Vakuum bewirkt, dass die in dem Gußformhohlraum 14 enthaltene Feuchtigkeit abgesaugt wird.
Die Kondensatorplatten 15, 16 können mit einer Kühlvorrichtung ausgestattet sein. Im vorliegenden Beispiel ist die Kühlvorrichtung durch Ventilatoren 20 bereitgestellt, die Kühlluft auf die dem Gussformhohlraum 14 abgewandte Seite der Kondensatorplatten 15, 16 leiten. Zur Erhöhung des Kühleffekts können Kühlrippen bereitgestellt werden.
Alternativ oder zusätzlich können auch Kühlleitungen an den Kondensatorplatten 15, 16 angeordnet sein, durch die ein Kühlmedium hindurchgeführt wird. Das bevorzugte Kühlmedium ist eine Flüssigkeit, wie z. B. Wasser oder Öl.
Die Vorrichtung 1 kann auch mit einem Dampferzeuger und einer Dampfzufuhr zur Gussform 14 und/oder zur Förderleitung 4 ausgeführt sein, um den Gußformhohlraum 14 gesättigten Trockendampf zur Erwärmung der Schaumstoffpartikel zuzuführen und/oder Schaumstoffpartikel während ihres Transports vom Materialbehälter 2 zum Gußformhohlraum 14 zu benetzen. Es ist auch möglich, die Schaumstoffpartikel, die sich im Materialbehälter 2 befinden, mit Wasser in flüssiger Form zu benetzen. Zu diesem Zweck können im Materialbehälter 2 entsprechende Düsen angeordnet sein, die das Wasser verdampfen.
Zur Veranschaulichung weiterer Details der Vorrichtung 1 zeigt 2 schematisch eine vergrößerte Teilansicht der Vorrichtung 1 als Abschnitt, wobei in diesem Beispiel, anders als in 1, jedes der Segmente 86 der zweiten Kondensatorplatte optional mit der Masse 30 verbunden ist. Im Übrigen gelten die in 1 angegebenen Ausführungsformen auch für 2 und umgekehrt, wobei ähnliche Elemente in den Figuren die gleichen Bezugszeichen aufweisen.
Zur lösbaren Befestigung der Segmente 85, 86 an dem jeweiligen Isolator 80 bzw. 81 werden Befestigungselemente 82 verwendet, die vorzugsweise als Schrauben ausgebildet sind.
Elektrisch leitfähige Verbindungselemente 83, die als elektrisch leitfähige, flexible Metallelemente in Form von Folien, z. B. Kupfer- oder Messingfolien, ausgebildet sind, dienen zur elektrischen Verbindung der nebeneinander angeordneten, die erste Kondensatorplatte 15 formenden Segmente 85 miteinander.
Die Verbindungselemente 83 verbinden zwei oder mehrere benachbarte Segmente 85 an ihren Kanten elektrisch miteinander. Beim Befestigen der Segmente 85 am Isolator 80 werden die elektrisch leitenden Verbindungselemente 83 gegen die Kanten der Segmente 85 gedrückt. Dadurch wird für die Kondensatorplatte 15 eine elektrische Verbindung zwischen ihren Segmenten 85 hergestellt.
Bei der zweiten Kondensatorplatte 16 sind die Anschlusselemente 83 im gezeigten Beispiel wegen der Erdung der einzelnen Segmente 86 auf der Platte 16 nicht zwingend erforderlich, können aber optional wie bei der ersten Kondensatorplatte 15 bereitgestellt und angeordnet werden.
Im Gegensatz dazu sind sie bei dem in 1 dargestellten Beispiel an beiden Kondensatorplatten 15, 16 bereitgestellt, da nur eines der Segmente 86 der Kondensatorplatte 16 mit der Masse 30 verbunden ist.
Die elektrische Leitung 17, die als Hochfrequenzleitung ausgeführt ist, verbindet eines der Segmente 85 mit dem Generator 18 (siehe 1). Das mit dem Generator 18 elektrisch verbundene Segment ist als Hochfrequenverbindungssegment oder Generatorverbindungssegment 87 ausgebildet. Durch die elektrische Verbindung zwischen den benachbarten Segmenten 85 ist die gesamte Segmentanordnung 85 elektrisch mit dem Generator 18 verbunden und bildet die erste Kondensatorplatte 15.
Auf diese Weise formen die Segmente 85 einen Kondensatorplattensatz 90, der es ermöglicht, die erste Kondensatorplatte 15 zu formen, die an eine HF-Strahlungsquelle angeschlossen werden kann und deren Größe an die Größe des Gussformwerkzeugs 3 angepasst werden kann. Die Kondensatorplatte 15 kann auch an die Abmessungen des Gussformhohlraums 14 innerhalb der Gussform 3 angepasst werden.
Das Segment 87, das als HF-Anschlusssegment ausgebildet ist und einen Anschlussbereich für die Leitung 17 zum Anschluss an den Generator 18 beinhaltet, formt ein erstes Kondensatorplattensegment des Kondensatorplattensatzes 90.
Die weiteren Segmente 85 bilden zweite Kondensatorplattensegmente zur Bildung der Kondensatorplatte 15, d.h. das erste Kondensatorplattensegment 87 und mindestens eines der zweiten Kondensatorplattensegmente 85 sind dazu ausgebildet, gemeinsam die Kondensatorplatte 15 zu bilden und den Kondensatorplattensatz 90 zu bilden. Die mit dem Kondensatorplattensatz 90 herstellbare Fläche der Kondensatorplatte 15 kann an die Größe des Gussformwerkzeugs 3 zur Herstellung eines Partikelschaumstoffteils, z. B. einer Schuhsohle oder Zwischensohle oder eines Teils davon, angepasst werden.
Das erste Kondensatorplattensegment 87 und die zweiten Kondensatorplattensegmente 85 sind dazu ausgebildet, unter Verwendung von Befestigungsmitteln 82 an dem Isolator 80 befestigt zu werden.
Die gegenüber der ersten Kondensatorplatte 15 angeordneten Segmente 86 der zweiten Kondensatorplatte 16 formen weitere Kondensatorplattensegmente des Kondensatorplattensatzes 90. Die weiteren Kondensatorplattensegmente 86 ergänzen den Kondensatorplattensatz 90, indem sie die Herstellung einer zweiten Kondensatorplatte 16 ermöglichen und somit die Bildung eines kompletten Kondensators (aus der ersten und zweiten Kondensatorplatte 15, 16) erlauben. Sie sind zur Montage auf dem Isolator 81 vorgesehen.
Beide Isolatoren 80, 81 können Komponenten des Kondensatorplattensatzes 90 sein.
Im gezeigten Beispiel ist auch eine Presse 73 dargestellt, die über eine Zylinder-Kolben-Einheit 76 mit dem Isolator 80 verbunden ist, der sich auf einer Seite des Gussformwerkzeugs 3 befindet. Der Isolator 81, der sich auf der gegenüberliegenden Seite des Gussformwerkzeugs 3 befindet, ist feststehend, so dass das Gussformwerkzeug 3 zwischen den beiden Kondensatorplatten 15, 16, die auf der dem Gussformwerkzeug 3 zugewandten Seite an den Isolatoren 80, 81 befestigt sind, zusammengepresst werden kann.
Dadurch können die Schaumstoffpartikel, die sich im Gussformhohlraum 14 des als Rissspaltgussform ausgebildeten Gussformwerkzeugs 3 befinden, während ihrer Bestrahlung mit der elektromagnetischen Strahlung komprimiert werden. Auf diese Weise werden die Schaumstoffpartikel nicht nur durch ihre thermische Ausdehnung infolge der elektromagnetischen Erwärmung zusammengepresst, sondern auch durch mechanisches Zusammenpressen der beiden Gussformhälften 12, 13 des Gussformwerkzeugs 3.
3 zeigt eine weitere Möglichkeit der Verbindung benachbarter Segmente 85 und 86 der Kondensatorplatten 15 und 16, wie sie in den 1 und 2 und auch in weiteren Ausführungsformen, die folgen werden, dargestellt sind. Die Segmente 85, 86 weisen jeweils an ihren Kanten aus dem Segmentkörper herausragende Kantenbereiche 88 auf, die so ausgebildet sind, dass sie beim Zusammenfügen der Segmente 85, 86 ineinandergreifen. Die Kantenbereiche 88 formen, an den Verbindungen der Segmente 85, 86 eine Stufennaht. Auf diese Weise wird eine besonders zuverlässige elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Segmenten 85, 86 geschaffen, die zudem sehr kostengünstig realisiert werden kann.
4 zeigt ein Beispiel für eine Anordnung der Segmente 85, 86, die die Kondensatorplatte 15 bzw. die Kondensatorplatte 16 formen und mit dem Kondensatorplattensatz 90 hergestellt werden können. Die Figur zeigt eine Ansicht von der Oberfläche der Kondensatorplatte.
In dieser Anordnung ist ein Mittelsegment 89 mittig angeordnet und von weiteren Segmenten 91 umgeben. Das Mittelsegment 89 weist eine quadratische Form auf. Die zusätzlichen Segmente 91 erstrecken sich jeweils entlang einer Seite des Mittelsegments 89 und entlang einer Seite eines anderen zusätzlichen Segments.
In dem hier gezeigten Beispiel ist zusätzlich zum Mittelsegment 89 ein erstes Zusatzsegment 91 bereitgestellt, das sich entlang einer der Seiten des Quadrats erstreckt. Ein zweites Zusatzsegment 91 ist bereitgestellt, das sich entlang einer anderen Seite des Quadrats und entlang einer Seite des ersten Zusatzsegments 91 erstreckt, ein drittes Zusatzsegment 91 ist bereitgestellt, das sich entlang einer anderen Seite des Quadrats und entlang des zweiten Zusatzsegments 91 erstreckt, und ein viertes Zusatzsegment 91 ist bereitgestellt, das sich entlang der verbleibenden Seite des Quadrats und entlang zweier Seiten der Zusatzsegmente 91 erstreckt.
Auf diese Weise können durch Kombination mehrerer Segmente 85, 86 als Kondensatorplattenflächen unterschiedliche Rechtecke geformt werden. Darüber hinaus können weitere zusätzliche Segmente vorgesehen werden, um die Anordnung zu vervollständigen oder in der Art eines weiteren Ringes von Segmenten zu umgeben. Das Mittelsegment 89 kann auch als Rechteck geformt sein.
Neben Rechtecken und Quadraten sind auch andere Abmessungen, Formen und Geometrien der Segmente 85, 86 möglich, so dass Kondensatorplatten in den unterschiedlichsten Formen erhalten werden können.
Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen der Erfindung anhand der 5 bis 9 erläutert, wobei gleiche, ähnliche oder funktional gleichwertige Elemente wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorangegangenen Figuren gekennzeichnet sind und bereits oben erläutert wurden.
Das Gussformwerkzeug 3 der Vorrichtung 1 gemäß 5 ist aus zwei Formhälften 12, 13 geformt, die jeweils einen Grundkörper aus einem elektrisch nicht-leitenden, insbesondere für elektromagnetische HF-Strahlung transparenten Material aufweisen. Dieses Material ist PTFE, PE, PEEK oder ein anderes für HF-Strahlung transparentes Material. Die Gussformhälften 12, 13 begrenzen einen Gussformhohlraum 14. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Gußformhohlraum 14 innere Begrenzungsflächen 19 auf, die eine von einer ebenen Fläche abweichende Konturform aufweisen.
Die Gussformhälften 12, 13 weisen jeweils eine ebene Außenfläche 21 auf, auf der eine Kondensatorplatte 15, 16 angeordnet ist. Der Raum zwischen den konturierten Begrenzungsflächen 19 und den Außenflächen 20 ist mit einem für elektromagnetische Strahlung transparenten Material ausgefüllt.
Mit diesem Gussformwerkzeug 3 können dreidimensional konturierte Partikelschaumstoffteile hergestellt werden, wobei die Form des Partikelschaumstoffteils durch die inneren Begrenzungsflächen 19 der Formhälften 12, 13 definiert wird. Ein solches Gussformwerkzeug 3 eignet sich z. B. zur Herstellung von kleinen Partikelschaumstoffteilen mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Dichte. Es kann auch zur Herstellung einer Schuhsohle oder Zwischensohle oder eines Teils davon verwendet werden.
Die Kondensatorplatten 15, 16 sind flach und wie oben unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben ausgebildet. Die erste Kondensatorplatte 15 wird durch benachbarte Segmente 85 geformt. Die zweite Kondensatorplatte 16 wird ebenfalls aus benachbarten Segmenten 86 gebildet.
Jede der Ansammlung von Segmenten 85 und 86 ist mit Befestigungselementen 82 an einem Isolator 80 bzw. 81 befestigt, wodurch die Segmente 85 der ersten Kondensatorplatte 15 mechanisch und elektrisch leitend, lösbar miteinander verbunden sind, wie oben unter Bezugnahme auf 2 und 3 erläutert. In gleicher Weise sind die Segmente 86 der zweiten Kondensatorplatte 16 mechanisch und elektrisch leitend und lösbar miteinander verbunden.
Die Segmente 85, 86 und optional auch die Isolatoren 80, 81 sind Komponenten eines Kondensatorplattensatzes 90 wie oben beschrieben.
Das Problem bei großen oder dickeren Partikelschaumstoffteilen ist, dass sie sich in der Mitte stärker erwärmen als an den Kanten, was die Partikelstruktur zerstören kann. Um eine ungleichmäßige Erwärmung des mittleren Bereichs und des Kantenbereichs eines Partikelschaumstoffteils zu vermeiden, kann das Gussformwerkzeug 3 temperiert werden und/oder den Schaumstoffpartikeln innerhalb des Gußformhohlraum 14, z.B. im Randbereich, zusätzliche Wärme zugeführt werden, wie in der DE 10 2016 100 690 A1 beschrieben.
Durch eine nachfolgend näher erläuterte Modifikation der dargestellten Vorrichtung 1 ist es möglich, einzelne Segmente 85, 86 bereits vor dem Ende des Schweißvorgangs abzuschalten, um eine Überhitzung der zwischen den jeweiligen Segmenten befindlichen Schaumstoffpartikel zu verhindern.
Die oben besprochenen Ausführungsformen weisen jeweils flache Kondensatorplatten 15, 16 auf. In einer weiteren Ausführungsform können die Gussformwerkzeuge 3 so gestaltet sein, dass die Kondensatorplatten 15, 16 an die Form des herzustellenden Partikelschaumstoffteils bzw. des Gußformhohlraum 14 angepasst sind. Dies kann z. B. bei der Herstellung von Schuhsohlen oder Zwischensohlen oder Teilen mit einer komplexen dreidimensionalen Geometrie von Vorteil sein, um eine gleichmäßige Verschweißung der Schaumstoffpartikel in der gesamten Komponente zu fördern.
Die in 6 gezeigte Ausführungsform der Vorrichtung 1 weist zwei Gußformhälften 12, 13 auf, die mit ihren inneren Begrenzungsflächen 19 einen stufenförmigen Gussformhohlraum 14 definieren. Die Außenflächen 21 der Gussformenhälften 12, 13 sind an die Kontur der entsprechenden inneren Begrenzungsflächen 19 der jeweiligen Gussformhälfte 12, 13 angepasst. Mit anderen Worten werden die inneren Begrenzungsflächen 19 auf die jeweiligen Außenflächen 21 der Gußformhälften 12, 13 abgebildet, so dass das Gussformwerkzeug 3 von der Außenfläche 21 bis zur inneren Begrenzungsfläche 19 mit einer einheitlichen Dicke geformt werden kann. An der Außenfläche 21 werden vorzugsweise kleine Strukturen der inneren Begrenzungsfläche 19 geglättet.
Das Gussformwerkzeug 3 weist also zwei konturierte Gussformhälften 12, 13 auf, an deren Außenflächen 21 jeweils eine entsprechend konturierte, segmentierte Kondensatorplatte 15, 16 anliegt, die aus mehreren Segmenten 85 bzw. 86 geformt ist und ansonsten wie oben unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben ausgebildet ist.
Eine solche Anpassung der Form der Kondensatorplatten mit Segmenten 85, 86 an die Form der herzustellenden Partikelschaumstoffteile ist insbesondere für schalenförmige Partikelschaumstoffteile (z. B. Schachteln oder Schalen mit kugelförmigen Segmenten) oder, wie bereits oben erwähnt, für Schuhsohlen oder Zwischensohlen oder Teile davon sinnvoll.
Auch im hier gezeigten Beispiel werden Isolatoren 80, 81 verwendet, um die Segmente 85, 86 zu fixieren. Die den Gussformhälften zugewandten Seiten der Isolatoren sind an die Form der Außenflächen 20 der Gussformhälften 12, 13 angepasst.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die aus Segmenten 85 geformte erste Kondensatorplatte 15 zusammen mit dem Isolator 80 und dem durch die Presse 73 und die Zylinder-Kolben-Einheit 76 gebildeten Presswerkzeugs im Wesentlichen wie oben unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben bereitgestellt ist. Es wird insbesondere auf 2 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
In dieser Ausführungsform weist das Gussformwerkzeug 3 eine erste Gussformhälfte 12 und eine zweite Gussformhälfte 13 auf, die zwischen sich einen Gussformhohlraum 14 formen, in dem sich zu verschweißende Schaumstoffpartikel 29 befinden. Neben der nun folgenden Beschreibung des Gussformwerkzeugs 3 wird auch auf die deutsche Patentanmeldung Nr. 10 2019 127 680.2 verwiesen, in der weitere Details des Gussformwerkzeugs 3 erläutert werden.
Die zweite Gussformhälfte 13 oder zumindest ein Teil davon ist elektrisch leitfähig oder besteht aus elektrisch leitfähigem Material. Das Gussformwerkzeug 3 kann als Teil der Vorrichtung 1 verwendet werden, wobei die zweite Gussformhälfte 13 als zweite Kondensatorplatte dient und zu diesem Zweck elektrisch mit Masse 30 verbunden ist.
Die zweite Gussformhälfte 13 weist einen Grundkörper 24 aus einem elektrisch leitfähigen Material auf. Dieser Grundkörper 24 besteht z. B. aus Aluminium, Kupfer oder einer elektrisch gut leitfähigen Legierung. Er ist optional mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung 28 bereitgestellt und bildet eine Bodenwand 31. Der elektrisch leitfähige Grundkörper 24 weist einen elektrischen Anschluss auf, der mit dem Generator 18 oder mit Masse 30 zu verbinden ist.
Der Generator 18 (siehe 1, 5 und 6), der über die Hochfrequenzleitung 17 mit der segmentierten Kondensatorplatte 15 elektrisch verbunden ist, erzeugt elektromagnetische Wellen bzw. eine elektrische Wechselspannung gegenüber dem Massepotential 30, die an den Grundkörper 24 der zweiten Gussformhälfte 13 angelegt wird. Dadurch entsteht im Gussformhohlraum 14 zwischen der segmentierten Kondensatorplatte 15 und dem Grundkörper 24 ein elektromagnetisches Wechselfeld, insbesondere HF-Strahlung.
Eine umlaufende Seitenwand 32 der zweiten Gussformhälfte 13 ist aus einem elektrisch nicht-leitenden Material, insbesondere aus einem Kunststoff, geformt und erstreckt sich von der Bodenwand 31 ausgehend an den Seiten der Gussformhälfte 13 in Richtung der ersten Gussformhälfte 12, so dass der Gußformhohlraum 14 seitlich begrenzt ist.
Es ist aber auch möglich, dass sowohl die Bodenwand 31 als auch die Seitenwand 32 durch den elektrisch leitfähigen Grundkörper 24 geformt sind. Wichtig ist jedoch, dass es keine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Gussformhälften 12, 13 gibt.
Die erste Gussformhälfte 12, die sich auf der der segmentierten Kondensatorplatte 15 zugewandten Seite des Gussformwerkzeugs 3 befindet, ist wie oben beschrieben aus einem elektrisch nicht isolierenden Material gefertigt.
Die erste Gussformhälfte 12 bildet einen Kolben, der in den von der zweiten Gussformhälfte 13 gebildeten Hohlraum eindringen kann und so den Gussformhohlraum 14 verschließt. Der dichte Verschluss zwischen den beiden Gussformen 12, 13 ist zumindest so dicht, dass keine Schaumstoffpartikel 29 entweichen können. Der Gussformhohlraum 14 ist jedoch nicht unbedingt gasdicht verschlossen.
Die erste Gußformhälfte 12 weist eine innere Begrenzungswand 34 auf, die konturiert ist und den Gussformhohlraum 14 definiert. Ausgehend von der Begrenzungswand 34 erstrecken sich mehrere Trennwände 35 in Richtung der ersten Kondensatorplatte 15 zu einem optionalen Abdeckelement 37. Die Trennwände 35 dienen zur Abstützung der Begrenzungswand 34. Zwischen den Trennwänden 35 sind in der ersten Hälfte der Gussform 12 Hohlräume 36 geformt, die die Masse der Gussform 12 merklich reduzieren.
Dies führt zu einer vorteilhaften Reduzierung des Einflusses auf die elektromagnetische Feldstärke im Gussformholraum 14, was die Flexibilität bei der Verwendung und Formgebung der Gussformholraum 14 sowie der Kolbenformhälfte 12 erheblich verbessert.
Darüber hinaus können die Hohlräume 36 verwendet werden, um die Gußformhälfte 12 zu trimmen, um das elektromagnetische Feld in dem Gussformholraum 14 zu beeinflussen, zusätzlich zu der Flexibilität, die durch Ändern oder Einstellen der Oberfläche der Kondensatorplatte 15 durch verschiedene Kombinationen von Segmenten 85 erreicht wird. Unter Trimmen kann auch eine besonders gleichmäßige bzw. gleichmäßige Verteilung der Feldstärke im Gussformhohlraum 14 erreicht werden.
In die Hohlräume 36 können auch Trimmkörper aus einem dielektrischen Material (in der Figur nicht dargestellt) eingesetzt werden. Aufgrund der polarisierenden Eigenschaften eines Dielektrikums wird das elektromagnetische Wechselfeld durch das im Verlauf der Feldlinien liegende Dielektrikum im angrenzenden Bereich des Gussformholraums 14 konzentriert. In den durch das Dielektrikum freigehaltenen Bereichen entlang des Verlaufs derselben Feldlinie wird das Feld im benachbarten Bereich der Gussformholraums 14 nicht konzentriert, so dass das Feld in diesem Bereich des Gussformholraums 14 schwächer ist als in einem Bereich des Gußformhohlraum 14, der an ein Dielektrikum angrenzt. Unter Verwendung von Trimmkörpern unterschiedlicher Größe, Form und Permittivität kann so das elektrische Feld zusätzlich unterschiedlich beeinflusst werden. Die Permittivität eines Dielektrikums ist größer als die von Vakuum oder Luft.
Alle diese Maßnahmen tragen zusätzlich dazu bei, dass das elektromagnetische Feld besonders zielgerichtet ist, was zu einer noch weiter gesteigerten Effektivität der vorgestellten Vorrichtung führt und eine gleichmäßiges Verschweißen der Partikel in der gesamten Komponente fördert, auch bei komplexen Geometrien, wie sie z. B. bei Schuhsohlen oder Zwischensohlen oder Teilen davon anzutreffen sind.
Die beiden Gussformhälften 12, 13 können mit Mitteln einer Presse 73 relativ zueinander bewegt und mit einer vorgegebenen Kraft beaufschlagt werden. Dazu ist die Presse 73 über eine Zylinder-Kolben-Einheit 76 mit dem Isolator 80 verbunden, an dem die von den Segmenten 85 geformte erste Kondensatorplatte 15 befestigt ist, wie oben mit Bezug auf 2 beschrieben. Zum Verpressen der beiden Gussformhälften 12, 13 wird die erste Gussformhälfte 12 durch die bewegliche segmentierte Kondensatorplatte 15 mit Hilfe der Presse 73 in Richtung der zweiten Gussformhälfte 13 bewegt.
An der zweiten Gussformhälfte 13 befindet sich eine Durchgangsbohrung für die Zuführung der Schaumstoffpartikel 29, die als Füllöffnung 33 bezeichnet wird. An die Füllöffnung 33 ist ein Füllinjektor 10 (siehe 1) angeschlossen. Der Füllinjektor 10 unterscheidet sich von herkömmlichen Füllinjektoren dadurch, dass er keinen Schließmechanismus zum Verschließen der Füllöffnung 33 aufweist, wie im Folgenden näher erläutert wird.
Die erste Gussformhälfte 12 weist ein oder mehrere Durchgangslöcher (in der Figur nicht dargestellt) auf, durch die Luft entweichen kann.
Die Füllöffnung 33 und die Entlüftungsöffnungen sind an einem Abschnitt oder Bereich, insbesondere einem Kantenbereich, der zweiten Gussformhälfte 13 angeordnet, der bei geschlossenem Gussformwerkzeug 3 von der ersten Gussformhälfte 12 verschloßen wird. Dadurch werden die Füllöffnung 33 und die Entlüftungsöffnung beim Schließen des Gussformwerkzeugs 3 durch Einschieben der ersten Formhälfte 12 in den von der zweiten Formhälfte 13 gebildeten Hohlraum automatisch verschlossen. Das bedeutet, dass der Füllinjektor 10 keinen Schließmechanismus aufweisen muss, mit dem die Füllöffnung 33 verschlossen wird.
Da die Gussformhälften 12, 13 sowohl den Gussformhohlraum 14 begrenzen als auch gleichzeitig eine der Kondensatorplatten formen, ist der Abstand zwischen den „Kondensatorplatten“ und dem Gussformhohlraum 14 sehr gering. Dadurch sind die Verluste der elektromagnetischen Strahlung sehr gering, was bedeutet, dass der Anteil der Leistung, der als Wärme in die zu verschweißenden Schaumstoffpartikel 29 eingebracht wird, sehr hoch ist. Ein solches Werkzeug ermöglicht somit ein sehr effizientes Verschweißen der Schaumstoffpartikel 29 zu einem Partikelschaumstoffteil.
8 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Partikelschaumstoffteils gemäß einer weiteren Ausführungsform, bei der, ähnlich wie in 7, die zweite Gussformhälfte 13 aus elektrisch leitfähigem Material geformt ist und mit dem Massepotential 30 verbunden ist und somit als zweite Kondensatorplatte dient.
Die erste Gussformhälfte 12 ist elektrisch nicht-leitend und umfasst wie bei der Ausführung in 7 eine Begrenzungswand 34, die konturiert ist und über Trennwände 35 fest mit einem Deckelelement 37 verbunden ist. Auch hier sind zwischen den Trennwänden 35 Hohlräume 36 zur Beeinflussung des elektromagnetischen Feldes in der Gussformholraum 14 zwischen den beiden Gußformhälften 12, 13 geformt, wie oben im Detail erläutert.
Im Gegensatz zu der in 7 dargestellten Ausführungsform ist an der ersten Gussformhälfte 12 die umlaufende Seitenwand 32 geformt, die den Gussformhohlraum 14 seitlich abschließt. Innerhalb der Seitenwand 32 ragt ein vorstehender Teil 38 der elektrisch leitfähigen zweiten Gussformhälfte 13 in den durch die umlaufende Seitenwand gebildeten Gussformhohlraum 14 hinein und verschließt den Gussformhohlraum 14 auf dieser Seite, während er auf der gegenüberliegenden Seite durch die Begrenzungswand 34 der ersten Gussformhälfte 12 verschlossen ist.
Die im Gussformhohlraum 14 befindlichen Schaumstoffpartikel 29 werden beim Zusammenpressen der beiden Gussformenhälften 12, 13 durch die segmentierte Kondensatorplatte 15, die mit den Mitteln der Presse 73 gegen die erste Gussformhälfte 12 gedrückt wird, durch den vorstehenden Teil 38 komprimiert.
Eine Füllöffnung 33 zum Einfüllen der Schaumstoffpartikel 29, die in den Gussformhohlraum 14 führt, wird durch Auseinanderbewegen der beiden Gußformhälften 12, 13 geöffnet und durch Annäherung der beiden Gußformhälften 12, 13 geschlossen, wie oben unter Bezugnahme auf 7 näher beschrieben.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Segmente der Kondensatorplatten elektrisch gegeneinander isoliert sind.
In der hier gezeigten Vorrichtung 1 sind die Segmente 85 der ersten Kondensatorplatte 15, die von ihnen gebildet werden, fest mit dem Isolator 80 verbunden, elektrisch voneinander isoliert, wobei jedes Segment separat mit dem Generator 18 über einen abstimmbaren Schwingkreis 40 verbunden ist. Der Generator 18 ist mit dem Massepotential 30 verbunden.
Die Segmente 86, die die zweite Kondensatorplatte 16 formen, sind ebenso wie der Generator 18 elektrisch mit der Masse 30 verbunden. Die Segmente 86 sind fest mit dem Isolator 81 verbunden. Wenn, wie in dem hier gezeigten Fall, alle Segmente 86 mit Masse verbunden sind, ist es nicht unbedingt erforderlich, die Segmente 86 elektrisch isoliert voneinander anzuordnen. Es ist auch möglich, die zweite Kondensatorplatte 16 durchgehend oder nicht segmentiert bzw. in Segmente unterteilt auszuführen und sie elektrisch mit Masse 30 zu verbinden.
Für den Fall, dass die Segmente 86 der zweiten Kondensatorplatte 16 elektrisch voneinander isoliert sind, kann der Generator 18 mit jedem der Segmente 86 anstelle von Masse 30 verbunden werden, wobei in diesem Fall die Segmente 86 nicht mit Masse 30 verbunden sind.
Wie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, ist der Isolator 80 mechanisch mit einem Presswerkzeug verbunden, das durch eine Presse 73 und eine Zylinder-Kolben-Einheit 76 geformt ist. Dadurch kann der Isolator 80 mit den daran befestigten Segmenten 85 der ersten Kondensatorplatte 15 gegen die gegenüberliegende zweite Kondensatorplatte 16 geschoben werden, so dass von beiden Seiten eine Presskraft auf das Gussformwerkzeug 3 ausgeübt wird, das sich zwischen den beiden Kondensatorplatten 15 und 16 zum Verschweißen der darin angeordneten Schaumstoffteile befindet.
Die Isolatoren 80, 81 und die Segmente 85, 86 sowie die abstimmbaren Schwingkreise 40 formen einen Kondensatorplattensatz 90. Die Segmente 85, 86 sind als Kondensatorplattensegmente ausgebildet und können wie in den oben beschriebenen Ausführungen und Ausführungsformen gestaltet sein. Sie können auch eine Geometrie aufweisen und eine zweidimensionale Anordnung wie oben beschrieben formen.
Das Gussformwerkzeug 3 kann wie in einer der oben beschriebenen Ausführungen und Ausführungsformen gestaltet sein. Für die Anordnung der Kondensatorplatten 15, 16 gemäß 9 können kleine Modifikationen notwendig sein.
Zur Erläuterung der Funktionsweise der in 9 dargestellten Vorrichtung werden im Folgenden die 10 und 11 verwendet. 10 zeigt schematisch ein vereinfachtes Ersatzschaltbild der Vorrichtung nach 9.
11 zeigt eine einzelne Vorrichtung zur Steuerung der elektrischen Leistung, die den Segmentpaaren 85, 86 zugeführt wird, in einem schematisch vereinfachten Schaltbild.
Insbesondere zeigt 11 in einem elektrischen Schaltbild schematisch den Generator 18 und den durch die Segmente 85, 86 gebildeten Teilkondensator, der die Gussformhälften 12, 13 umschließt, sowie eine zur Übertragung der elektromagnetischen Wellen geeignete Verbindungsleitung (Hohlleiter oder Koaxialleitung) 46, mit der die elektromagnetischen Wellen vom Generator 18 zum Gussformteilkondensator 85, 86 übertragen werden. Der die Verbindungsleitung 46 formende Hohlwellenleiter ist vorzugsweise als koaxiale Luftleitung mit einer elektrisch leitenden inneren Röhre und einer elektrisch leitenden äußeren Röhre ausgebildet. Die koaxiale Luftleitung ist so dimensioniert, dass Hochspannungssignale sicher übertragen werden können. Der Wellenwiderstand ist vorzugsweise auf etwa 50 Ω eingestellt.
In dieser Verbindungsleitung 46 sind eine generatorseitige Induktivität 47 und eine werkzeugseitige Induktivität 48 symbolisch angezeigt. Diese Induktivitäten sind durch die Leitung selbst bedingt, wobei die Länge der jeweiligen Abschnitte der Leitung den Wert der jeweiligen Induktivität bestimmt. Dem jeweiligen werkzeugseitigen Teilkondensator 85, 86 ist ein werkzeugseitiger Kondensator 49 parallel geschaltet. Dieser Kondensator 49 stellt die elektrische Kapazität zwischen dem Kondensatorsegment 85 und dem Gehäuse 35 des Gussformwerkzeugs 3 dar. Der Werkzeugkondensator 85, 86, der Kondensator 49 und die werkzeugseitige Induktivität 48 formen einen Werkzeugschwingkreis 50.
Ein generatorseitiger Kondensator 51 ist in Reihe mit dem Generator 18 und der generatorseitigen Induktivität geschaltet. Der generatorseitige Kondensator 51 und die generatorseitige Induktivität 47 formen einen Generatorschwingkreis 52. Zumindest der generatorseitige Kondensator 51 oder die generatorseitige Induktivität 47 ist variabel bereitgestellt, z. B. unter Verwendung eines Kondensators mit beabstandbaren Kondensatorplatten oder durch Bereitstellen von unterschiedlich langen Abschnitten der Anschlussleitungen. Es ist auch möglich, dass sowohl der generatorseitige Kondensator 51 als auch die generatorseitige Induktivität 47 variabel ausgeführt sind. Der generatorseitige Kondensator 51 kann mit einem Servomotor ausgestattet sein, der bei Betätigung den Abstand zwischen den beiden Kondensatorplatten verändert, z. B. durch Verschieben einer der beiden Kondensatorplatten in einer geraden Linie, so dass beide Kondensatorplatten immer parallel zueinander stehen, oder durch Schwenken einer der beiden Kondensatorplatten.
Durch Veränderung der Kapazität des Kondensators 51 oder der Induktivität 47 kann die Resonanzfrequenz des Generatorschwingkreises 52 verändert bzw. abgestimmt werden. Wenn die Resonanzfrequenzen von Generatorschwingkreis und Werkzeugschwingkreis übereinstimmen, wird die maximale elektrische Leistung vom Generator 18 auf den Werkzeugschwingkreis 50 und damit auf den Werkzeugunterkondensator (oder Teilkondensator) 85, 86 übertragen. Durch Veränderung der Resonanzfrequenz des Generatorschwingkreises 52 kann die Übertragung der elektrischen Leistung gezielt gesteuert werden, wobei die übertragene Leistung umso geringer ist, je mehr sich die Resonanzfrequenzen der beiden Schwingkreise 50, 52 unterscheiden. Unter Verwendung der Abstimmung des Generatorschwingkreises 52 kann somit die in den Gussformholraum 14 eingebrachte elektrische Leistung gezielt eingestellt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Resonanzfrequenz des Generatorschwingkreises 52 verändert. Ebenso ist es möglich, die Resonanzfrequenz des Werkzeugschwingkreises 50 zu verändern. Dies weist den gleichen Effekt hinsichtlich der Übertragung der elektrischen Leistung auf. Allerdings ist es schwieriger, werkzeugseitig einen variablen Kondensator oder eine variable Induktivität bereitzustellen als auf der Generatorseite.
Die Segmente 85, 86 formen also jeweils einen Werkzeugkondensator bzw. Werkzeugunterkondensator oder Werkzeugteilkondensator, der separat über einen eigenen abstimmbaren Schwingkreis 40 mit dem Generator 18 verbunden ist. Der Schwingkreis 40 umfasst also sowohl den Werkzeugschwingkreis 50 als auch den Generatorschwingkreis 52. Durch Abstimmung der beiden Schwingkreise 50, 52 können die Werkzeugkondensatoren 85, 86 einzeln oder gruppenweise durch Änderung der Resonanzfrequenz vom Generator 18 getrennt werden, so dass keine oder kaum Leistung auf sie übertragen wird. Auf diese Weise können sie durch Änderung der Resonanzfrequenz eines (oder beider) der beiden Schwingkreise 50, 52 von der strahlungsabgebenden Anordnung der Kondensatorplattensegmente 85, 86 zu- oder abgeschaltet werden.
Der Schwingkreis 40 bildet somit eine Schaltvorrichtung 41 zum Verbinden bzw. Trennen eines Kondensatorplattensegments 85 mit bzw. von der Kondensatorplatte 15 bzw. des Kondensatorplattensegments 86 mit bzw. von der Kondensatorplatte 16. Die Segmente 85, 86 können einzeln oder gruppenweise als Teilkondensatoren zum Formen des Kondensators 15, 16 zu- oder abgeschaltet werden.
Dies bedeutet, dass die elektromagnetische Strahlungsquelle 18 Teil eines Generatorschwingkreises 52 ist, während etwaige Anschlussleitungen zur Führung der elektromagnetischen Wellen zusammen mit einem jeweiligen Segmentpaar 85, 86, das einen Teilkondensator bildet, einen Werkzeugschwingkreis 50 bilden. Durch Verändern einer Induktivität oder einer Kapazität ist der Werkzeugschwingkreis 50 in seiner Resonanzfrequenz abstimmbar und bildet einen abstimmbaren Schwingkreis.
Mit anderen Worten, die Regel- oder Steuervorrichtung zur Steuerung des abstimmbaren Schwingkreises kann so ausgebildet sein, dass die Leistungszufuhr vom Generatorschwingkreis zum Werkzeugschwingkreis durch dessen Abstimmung ein- oder ausgeschaltet oder unterbrochen wird, wobei (mindestens) einer der beiden Schwingkreise als abstimmbarer Schwingkreis bereitgestellt ist. Auf diese Weise wird das/die betreffende(n) Segment(e) zu der aus mehreren solcher Segmente geformten Kondensatorplatte, die das Gussformwerkzeug während des Schweißvorgangs mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt, hinzugefügt oder von ihr entfernt.
Durch die Steuerung der Energiezufuhr auf den einzelnen Leitungen kann eingestellt und gesteuert werden, welche Segmente 85 der Kondensatorplatte 15 (und/oder Segmente 86 der Kondensatorplatte 16) betrieben werden und welche nicht. Durch das Zu- und Abschalten einzelner Segmente mit Mitteln der Schwingkreisabstimmung kann die Größe der Kondensatorplatten 15, 16 an die Größe des Gussformwerkzeugs 3 hinsichtlich seiner strahlenden Fläche angepasst werden. Das heißt, es ist nicht notwendig, einzelne Segmente 85, 86 je nach Gussformwerkzeug 3 mechanisch zu entfernen oder anzubringen, um die Oberfläche der Kondensatorplatten 15, 16 anzupassen. Es ist auch nicht notwendig, die Verbindungsleitungen 46 zwischen dem Generator 18 und den einzelnen Segmenten 85, 86 mechanisch zu unterbrechen oder mechanisch zu schalten.
Für weitere Details wird auf die bereits erwähnte Druckschrift DE 10 2016 123 214 A1 verwiesen, in der die Schaltung zur Abstimmung näher beschrieben ist.
12 zeigt eine Vorrichtung zur Steuerung der dem Werkzeugkondensator 15, 16 zugeführten elektrischen Leistung in einem schematisch vereinfachten Schaltbild. Der Generator 18 ist mit dem Werkzeugkondensator 15, 16 verbunden. Parallel zum Werkzeugkondensator 15, 16 ist ein Messkondensator 53 geschaltet. Seine elektrische Kapazität ist ein Bruchteil der elektrischen Kapazität des Werkzeugkondensators 15, 16. Der Messkondensator 53 ist über eine koaxiale Leitung 54 mit einer Spannungsmessvorrichtung (Voltmeter) 55 verbunden. Vorzugsweise ist eine Diode 56 parallel zum Messkondensator 53 geschaltet. Die koaxiale Leitung 54 ist in Reihe mit einer Induktivität 58 geschaltet, die zur Filterung hochfrequenter Signale verwendet wird.
Die aus dem Messkondensator 53 und der Diode 56 bestehende Messeinheit ist durch einen isolierenden Kondensator 59 vom Werkzeugkondensator 15, 16 getrennt. Der isolierende Kondensator weist eine hohe Spannungsfestigkeit auf. Die Kapazität des isolierenden Kondensators 59 ist kleiner als die Kapazität des Messkondensators 53, was bedeutet, dass über dem isolierenden Kondensator 59 ein höherer Spannungsabfall auftritt als über dem Messkondensator 53. Das Verhältnis der Kapazität des isolierenden Kondensators 59 zur Kapazität des Messkondensators 53 beträgt vorzugsweise 1:100 oder 1:1.000 oder 1:10.000. Dadurch wird die am Werkzeugkondensator 15, 16 anliegende Spannung in der Messvorrichtung 53, 56 so reduziert, dass sie in einem Messbereich der Spannungsmessvorrichtung 55 liegt und von dieser sicher erfasst werden kann.
Bei dieser Schaltung entsteht am Messkondensator 53 ein Spannungsabfall, der mit der am Werkzeugkondensator 15, 16 anliegenden Spannung korreliert und sich entsprechend dem Verhältnis der Kapazität des Messkondensators 53 zur Kapazität des isolierenden Kondensators 59 verringert. Durch Bereitstellen von Diode 56 werden nur die Schwingungshälften einer bestimmten Polarität erzeugt. Die Diode 56 bildet somit einen Gleichrichter der am Messkondensator 53 auftretenden Spannung. Diese Messspannung wird mit der Spannungsmessvorrichtung 55 gemessen und in ein Messsignal umgewandelt. Das Messsignal wird an eine Steuervorrichtung 57 weitergeleitet, die den Generator 18 automatisch so steuert, dass er eine vorgegebene elektrische Leistung abgibt, um eine bestimmte Spannung am Werkzeugkondensator oder eine bestimmte Messspannung am Messkondensator zu erzeugen, die ein Bruchteil der Spannung am Werkzeugkondensator ist.
Die in 11 gezeigte Vorrichtung kann weiterhin so bereitgestellt werden, dass für mehrere oder alle Segmentpaare 85, 86 eine Vorrichtung zur Steuerung der elektrischen Leistung, die dem durch das jeweilige Segmentpaar 85, 86 geformten Kondensator zugeführt wird, gemäß 12 bereitgestellt wird. Dadurch kann die Leistung des jeweiligen Segmentpaares 85, 86 individuell gesteuert und die effektive Größe des Werkzeugkondensators ohne bewegliche Teile eingestellt werden. Auch eine Kalibrierung der Schwingkreise (Generatorschwingkreis, Werkzeugschwingkreis) ist nicht erforderlich, da die dem jeweiligen Segmentpaar 85, 86 tatsächlich zugeführte Leistung bzw. Spannung in einer geschlossenen Schleife gemessen und für das einzelne Segmentpaar 85, 86 individuell eingestellt werden kann.
Ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Partikelschaumstoffteils, wie z. B. einer Schuhsohle oder einer Zwischensohle oder eines Teils davon, wird im Folgenden mit Bezug auf die Ausführungsform von 1 beschrieben. Schaumstoffpartikel werden in einen Gußformhohlraum 14 eines Gussformwerkzeugs 3 gefüllt. Angrenzend an den Gussformhohlraum 14 sind zwei Kondensatorplatten 15, 16 angeordnet, die elektrisch mit einer Strahlungsquelle 18 für elektromagnetische Strahlung verbunden sind und elektromagnetische Strahlung erzeugen.
Die Kondensatorplatten 15, 16 oder mindestens eine von ihnen wird durch mehrere Segmente 85, 86 geformt. Die Fläche der Kondensatorplatte 15, 16 wird durch Kombination einer geeigneten Anzahl von strahlungserzeugenden Segmenten 85 und/oder 86 an die Größe des Gussformwerkzeugs 3 angepasst.
Die Schaumstoffpartikel werden durch die elektromagnetische Strahlung zwischen den Kondensatorplatten 15, 16 miteinander verschweißt. Die Schaumstoffpartikel werden im Gussformwerkzeug 3 durch die elektromagnetische Strahlung erwärmt, d.h. den Schaumstoffpartikeln wird mit Hilfe der elektromagnetischen HF-Strahlung Wärme zugeführt. Das schweißt sie zusammen, um ein Partikelschaumstoffteil zu formen.
Anschließend wird das hergestellte Partikelschaumstoffteil entformt und aus dem Gussformwerkzeug entnommen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Segmente 85, 86 elektrisch und mechanisch lösbar miteinander verbunden, um sie zu kombinieren. In einer Abwandlung, wie in 9 dargestellt, sind die Segmente 85, 86 elektrisch isoliert voneinander angeordnet. Durch Abstimmung eines mit dem jeweiligen Segment verbundenen Schwingkreises 40 werden die Segmente 85, 86 in der Kondensatorplatte 15, 16 ein- bzw. zugeschaltet oder ausgeschaltet bzw. deaktiviert. Auf diese Weise werden sie in Abhängigkeit von Größe und Geometrie des Gussformwerkzeugs 3 miteinander kombiniert.
Dadurch kann die elektromagnetisch abstrahlende Oberfläche der Kondensatorplatte 15, 16 an unterschiedliche Gussformwerkzeuge 3 angepasst werden. Dadurch ist es nicht notwendig, bei einem Wechsel des Gussformwerkzeugs 3 Segmente 85, 86 mechanisch zu entfernen oder mechanisch hinzuzufügen. Ein mechanisches Trennen oder Verbinden von Segmenten mit der Strahlungsquelle 18 zur Anpassung der Oberfläche der Kondensatorplatten an das Gussformwerkzeug 3 ist nicht erforderlich. Das bedeutet, dass verschiedene Gussformwerkzeuge 3 (z. B. entsprechend unterschiedlicher Sohlen- oder Zwischensohlengrößen oder unterschiedlicher Sohlen- oder Zwischensohlenkonstruktionen) in sehr kurzer Zeit nacheinander elektromagnetisch bestrahlt werden können.
Zur Durchführung des Verfahrens wird z. B. eine der Vorrichtungen verwendet, wie sie in den 1 bis 11 in verschiedenen Ausführungen und Ausführungsformen dargestellt sind oder wie sie an anderen Stellen dieser Offenbarung besprochen werden. Auch kann ein Kondensatorplattensatz 90, wie oben beschrieben, verwendet werden, um den Herstellungsprozess auszuführen.
13a-f zeigen (einen Teil) einer Vorrichtung 1 mit einer Kondensatorplatte 16, die mehrere Segmente 86 aufweist, die einen anpassbaren Abstand d zum Gußformhohlraum 14 haben, sowie entsprechende Messergebnisse, die aus einer Reihe von Testläufen mit einer solchen Vorrichtung 1 gewonnen wurden.
Der generelle Aufbau der Vorrichtung 1 kann in gleicher oder ähnlicher Weise erfolgen wie bei allen anderen hier bisher beschriebenen Vorrichtungen (insbesondere Ausführungsformen der Vorrichtung 1). Alle bereits besprochenen Optionen, Ausführungsformen, Modifikationen und Merkmale können daher auch in der Vorrichtung 1 verwendet oder mit dieser kombiniert werden, die nun in Bezug auf die 13a-f beschrieben wird (soweit dies physikalisch und technisch möglich ist, versteht sich). Diese Kompatibilität zwischen den verschiedenen offenbarten Aspekten und Ausführungsformen wird auch dadurch unterstrichen, dass die gleichen Bezugszeichen wie oben auch für funktionsgleiche oder zumindest funktionsähnliche oder gleichwertige Elemente und Komponenten verwendet werden.
Die offenbarte Vorrichtung 1 kann insbesondere zur Herstellung eines Partikelschaumstoffteils, insbesondere einer Schuhsohle oder eines Teils einer Schuhsohle (z. B. einer Zwischensohle oder eines Teils davon) verwendet werden. Sie umfasst ein Gussformwerkzeug 3, das aus (mindestens zwei) Formhälften 12 und 13 geformt ist. Das Gussformwerkzeug 3 definiert einen Gussformhohlraum 14, der von den beiden Formhälften 12 und 13 begrenzt wird (s. insbesondere 13a). In den Gußformhohlraum 14 werden Partikel 29 aus geschäumtem oder expandiertem Material geladen (z.B. Partikel aus eTPU oder einem der weiteren hier erwähnten Materialien) und anschließend miteinander verschweißt oder verschmolzen (vorwiegend an ihren Oberflächen, so dass die innere Schaumstruktur erhalten bleibt, s. 13d), um das gegossene Teil zu formen.
Die Vorrichtung umfasst ferner (mindestens zwei) Kondensatorplatten 15 und 16, die angrenzend an den Gussformhohlraum 14 angeordnet sind. „Angrenzend“ bedeutet hier, dass die beiden Kondensatorplatten 15 und 16 auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Gussformhohlraums 14 angeordnet sind und den Gussformhohlraum 14 zwischen sich beinhalten, so dass die von den Kondensatorplatten 15 und 16 ausgesandte elektromagnetische Strahlung den Gussformhohlraum 14 durchflutet und zu der gewünschten Verschweißung der Schaumstoffpartikel 29 führt.
Eine der Kondensatorplatten, hier die erste Kondensatorplatte 15, ist an eine Strahlungsquelle (nicht gezeigt) angeschlossen. Die andere Kondensatorplatte, hier die zweite Kondensatorplatte 16, umfasst mehrere Segmente 86, die einen anpassbaren Abstand d zum Gußformhohlraum 14 aufweisen, d.h. ihre Position entlang der z-Richtung (die in 13a und 13d angedeutet ist) kann verändert werden, so dass sich auch der Abstand d der strahlungsabgebenden Oberfläche eines jeweiligen Segments 86 von der Gussform (gemessen z.B. in Bezug auf eine Wand des Gußformhohlraums 14 oder einen bestimmten Bezugspunkt innerhalb des Gußformhohlraums 14) verändert. Folglich ändert sich auch der Abstand zwischen den beiden Kondensatorplatten 15 und 16 lokal durch Einstellen der Position eines Segments 86. Der Abstand d der Segmente 86 zum Gußformhohlraums 14 kann individuell mit mechanischen und/oder elektrischen Aktuatormitteln eingestellt werden (z. B. von Hand oder mit einem Schraubenschlüssel oder mit einem elektrischen Motor oder einem linearen Aktuator oder mit einem motorisch angetriebenen Getriebe usw., je nach spezifischer Ausführung der Segmente 86).
Für eines der Segmente, in 13a als Segment 86a bezeichnet, ist der Abstand zum Gußformhohlraums 14 mit d angezeigt, der Abstand zur gegenüberliegenden Kondensatorplatte 15 mit D. Diese beiden Werte ändern sich, wenn die Position des Segments 86a in der z-Richtung verändert wird.
Die Segmente 86 sind elektrisch mit einem elektrisch leitenden Elektrodenhauptkörper 100 verbunden, der in der hier gezeigten und diskutierten Ausführungsform auf Erdpotential liegt und als ein Metallblock bereitgestellt ist. In anderen Fällen kann er jedoch stattdessen mit dem Strahlungsgenerator verbunden sein, und die gegenüberliegende Kondensatorplatte kann geerdet sein. Aluminium ist eine Möglichkeit, da es ein vergleichsweise geringes Gewicht hat und sich gut verarbeiten lässt.
In dem in 13a-f dargestellten Fall sind die Segmente 86 als Schrauben (z.B. sind aber auch Stifte möglich) bereitgestellt, die einstellbar mit dem Elektrodenhauptkörper 100 verbunden sind. Bei den Schrauben 86 handelt es sich hier um Metallschrauben, die in entsprechende, im Elektrodenhauptkörper 100 bereitgestellte Gewinde eingeschraubt werden.
Während in den 13a-f alle Schrauben 86 vom gleichen Typ und der gleichen Größe sind und die gleiche Kopfgröße aufweisen, ist dies nicht die Regel, und der Typ, die Länge, die Dicke und die Kopfgröße der Schrauben 86 können sich auch über die Elektroden/Kondensatorplatte 16 hinweg ändern. So können z. B. kleinere Schrauben oder Schraubenköpfe in Bereichen verwendet werden, in denen mehr Schrauben pro Flächeneinheit vorhanden sind, d. h. in Bereichen der Elektroden-/Kondensatorplatte 16, in denen die Dichte der Segmente 86 höher ist (in den Figuren nicht gezeigt); in den 13a-f ist die Dichte der Segmente/Schrauben 86 über die gesamte Kondensatorplatte 16 konstant, abgesehen vielleicht von den Kanten der Platte).
Die Segmente/Schrauben 86 sind in einem zweidimensionalen Gitter angeordnet, und zwar in der Ausführungsform der 13a-f in einem quadratischen Gitter. Dieses Gitter ist in den 13b und 13c durch gestrichelte Linien 130 angezeigt. Andere Arten von Gittern sind ebenfalls möglich, z. B. rechteckige, dreieckige oder hexagonale Gitter oder „gemischte“ Gitter, die unterschiedliche geometrische Formen umfassen. Die Gitterdichte (d. h. die Anzahl der einstellbaren Segmente/Schrauben 86 pro Einheitsfläche) kann, wie bereits oben erläutert, auch lokal variieren, auch wenn dies in 13a-f nicht dargestellt ist.
Damit die Schrauben 86 vollständig in den Elektrodenhauptkörper 100 eingeschraubt werden können, ohne auf den Boden (oder eine darunter liegende Komponente der Vorrichtung 1) zu stoßen, ist die Kondensatorplatte 16 mit ihrem Elektrodenhauptkörper 100 an ihren vier Ecken auf vier Aluminiumblöcken 120 montiert, die sie um einen gewissen Abstand vom Boden anheben und Platz dafür schaffen, dass die Schrauben 86 im vollständig eingeschraubten Zustand, d. h. in ihrer untersten Position eingestellt, aus der Unterseite des Elektrodenhauptkörpers 100 hervorstehen. Die höchste erreichbare Position ist, wenn die Schrauben 86 fast ganz aus dem Elektrodenhauptkörper 100 herausgeschraubt sind, aber nicht ganz. Im Allgemeinen wird ein geringes Spiel beibehalten, um ein unbeabsichtigtes Lösen einer der Schrauben 86 vom Elektrodenhauptkörper 100 und/oder einen allgemeinen Stabilitätsverlust zu vermeiden, wenn man sich der maximalen Höhe der jeweiligen Schraube 86 über dem Elektrodenhauptkörper 100 nähert.
Auf dem Elektrodengrundkörper 100 ist eine Abdeckplatte 110 aus elektrisch nicht-leitendem Material angeordnet (s. 13c; in 13b ist die Abdeckplatte entfernt, um die Anordnung der Schrauben 86 freizulegen) und umfasst Öffnungen, in denen die Schrauben 86 angeordnet sind. Dies dient nicht nur der Stabilisierung der Schrauben 86, wenn diese in einer mittleren oder insbesondere hohen Position, d.h. weitgehend aus dem Elektrodenhauptkörper 100 herausgeschraubt sind. Es stellt auch eine stabile und ebene Auflagefläche für die angrenzenden Komponenten der Vorrichtung 1, insbesondere das Gussformwerkzeug 3, bereit (s. 13a, 13c, 13d, 13e und 13f) um darauf aufgelegt zu werden.
Eine solche Abdeckplatte 110 kann im Allgemeinen aus einer elektrisch isolierenden Abdeckung hergestellt sein oder diese umfassen. Vorzugsweise ist die Abdeckplatte 110 aus einem oder mehreren der folgenden Materialien hergestellt oder umfasst diese: Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylen (PE), insbesondere ultrahochmolekulargewichtiges Polyethylen (UHMWPE), Polyetherketon (PEEK), ein Thermoplast, ein Duroplast, Polyethylenterephthalat (PET), Polyoxymethylen (POM), Polystyrol (PS), ein isolierendes Mineralmaterial. In dem in 13e gezeigten Fall besteht es aus PTFE.
Eine Option ist, dass jedes der einstellbaren Segmente/Schrauben 86 auf mindestens eine der folgenden vier Positionen eingestellt werden: entfernt (z. B. aus dem Elektrodenhauptkörper 100 herausgeschraubt) oder elektrisch getrennt, eine niedrige Position, eine mittlere Position, eine hohe Position. Andererseits ist es z. B. bei einstellbaren Segmenten, die als Schrauben 86 bereitgestellt werden, auch möglich, ihre Position in z-Richtung kontinuierlich zu variieren, indem man sie bis zum gewünschten Grad hinein- oder herausdreht (natürlich innerhalb der durch die unterste und oberste Position vorgegebenen Grenzen). Eine endliche Anzahl von vorbestimmten Positionen aufzuweisen, auf die die Segmente/Schrauben 86 eingestellt werden, kann den Betrieb der Vorrichtung 1 erleichtern. In den 13a, 13b, 13d, 13e und 13f sind die Beispielschrauben, die auf eine niedrige Position, eine mittlere Position und eine hohe Position eingestellt sind, durch die Bezugszeichen 861 (für niedrig), 86m (für mittel) bzw. 86h (für hoch) gekennzeichnet. In 13d ist, wie durch die gestrichelte Linie 86x angezeigt, eine der Schrauben vollständig entfernt worden (alternativ könnte sie von der Kondensatorplatte 16/Massepotential elektrisch isoliert sein).
Es ist möglich, dass die Position der Segmente/Schrauben 86 eingestellt werden kann, während der Gußformhohlraum 14 mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt oder geflutet wird. In der Regel muss hierfür jedoch ein automatisierter Aktivierungs-/Einstellmechanismus verwendet werden (s. o.), da während des Betriebs der Vorrichtung 1 ein manuelles Einstellen in der Regel nicht erlaubt oder möglich ist, um Verletzungen zu vermeiden.
Wie bereits oben besprochen und erläutert, beeinflusst das Einstellen der Position eines oder mehrerer der Segmente/Schrauben 86 die Feldstärkeverteilung des abgestrahlten elektromagnetischen Feldes innerhalb des Gußformhohlraums 14. In 13d sind zum Beispiel vier Bereiche oder Positionen p1, p2, p3 und p4 innerhalb des Gußformhohlraums 14 schematisch angezeigt. Diese Bereiche weisen Schrauben 86 auf, die in unterschiedlichen Positionen/Höhen unter ihnen angebracht sind. Zum Beispiel weist die Position p1 Schrauben auf, die zwischen der mittleren und der niedrigen Position direkt unter ihr gesetzt sind, die Position p2 weist überhaupt keine Schraube unter ihr auf (weil die Schraube an der Position 86x entfernt wurde), die Position p3 weist wiederum Schrauben auf, die zwischen der mittleren und der niedrigen Position direkt unter ihr gesetzt sind, und die Position p4 weist Schrauben auf, die zwischen der mittleren und der hohen Position direkt unter ihr gesetzt sind. Auf diese Weise kann die elektrische Feldstärkeverteilung und damit die Temperatur und die Schweißbedingungen an den verschiedenen Positionen p1 bis p4 eingestellt und gesteuert werden.
Die in 13e und 13f dargestellten experimentellen Ergebnisse stellen weitere Erkenntnisse zu diesem Aspekt bereit. Auf der linken Seite der beiden Figuren sind schematisch verschiedene Konfigurationen der Vorrichtung 1 angezeigt, die verwendet wurden, um die Heizraten und Temperaturen innerhalb eines Gussformwerkzeugs 3 unter verschiedenen Positionen der Schrauben 86 in der Kondensatorplatte 16 zu untersuchen. In jedem der drei untersuchten Fälle wurden zwei Referenzpositionen innerhalb des Gussformwerkzeugs betrachtet, in 13e-f mit P1 und P2, P3 und P4 sowie P5 und P6 bezeichnet, eine im vorderen Teil des Werkzeugs (s. P1, P3 bzw. P5) und eine im hinteren Teil des Werkzeugs (s. P2, P4 bzw. P6). Unter Verwendung einer konstanten Einstellung des Strahlungsgenerators (nicht gezeigt) und der unterschiedlichen Einstellung der Schrauben 86, wie in der linken Seite der Fing. 13e-f angezeigt, wurden die Heizraten/Temperaturen an den Positionen P1 - P6 über die Zeit aufgezeichnet, was die Messkurven C1 - C6 ergibt, die auf der rechten Seite der 13e-f dargestellt sind.
Die x-Achse in den Messkurven auf der rechten Seite der 13e-f zeigt die Zeit (der Abstand zwischen zwei benachbarten Strichen oder Gitterlinien auf der x-Achse entspricht ca. 43 Sekunden in 13e und 13f), und die y-Achse zeigt die Temperatur (im Bereich von 20° C bis 140° C in 13e und im Bereich von 20° C bis 160° C in 13f).
In dem in 13e dargestellten oberen Fall, bei dem alle Schrauben auf eine mittlere/Mitte Position 86m eingestellt waren, ergaben die Messungen an den Positionen P1 und P2 die Messkurven C1 bzw. C2.
Im unteren, in 13e dargestellten Fall, bei dem alle Schrauben auf eine niedrige Position 861 eingestellt sind, ergaben die Messungen an den Positionen P3 und P4 die Messkurven C3 bzw. C4.
In dem in 13f dargestellten Fall wurden die Schrauben in der vorderen Werkzeughälfte auf die mittlere Position 86m und die Schrauben in der hinteren Werkzeughälfte auf die niedrige Position 861 eingestellt, und die Messungen an den Positionen P5 und P6 ergaben die Messkurven C5 bzw. C6.
Wie man aus den Ergebnissen ableiten kann, führt die Einstellung der Position der Schraube(n) 86, die einer gegebenen Messposition entspricht, auf die mittlere Position 86m zu einer größeren Erwärmungsrate (d. h. einem größeren Temperaturanstieg pro Zeiteinheit = Steigung der entsprechenden Messkurve) und einer größeren Maximaltemperatur im Vergleich zur Einstellung der Schraube(n) 86 auf die niedrige Position 861. Eine weitere Einstellung einer oder mehrerer Schrauben 86 auf eine hohe Position oder das vollständige Entfernen einer oder mehrerer Schrauben 86 führt zu einer weiteren Veränderung der Aufheizrate/Maximaltemperatur nach diesem Prinzip (z. B. je höher die Schraubenposition in z-Richtung, desto größer die Aufheizrate und die Maximaltemperatur, bei konstanter Einstellung der Energiequelle).
Die maximale Temperatur, die in dem in 13e gezeigten und diskutierten Experiment, erreicht wurde, nämlich ca. 135° C an den Positionen P1 und P2 (s. Kurven C1 und C2) und ca. 115° C an den Positionen P3 und P4 (s. Kurven C3 und C4), sowie die maximale Temperatur, die in dem in 13f, nämlich ca. 145° C an der Position P5 (s. Kurve C5) und ca. 125° C an der Position P6 (s. Kurve C6), wurden alle auf das spezifische Material zugeschnitten, das zur Durchführung dieser Experimente verwendet wurde, nämlich Partikel 29 aus expandiertem thermoplastischem Polyurethan (eTPU). Mit anderen Worten, die erreichten Temperaturen wurden so eingestellt, dass sie in das Verarbeitungsfenster dieses spezifischen Materials fallen.
Wenn Partikel 29 aus einem anderen Material verwendet werden, müssen die Maximaltemperaturen im Allgemeinen auf die spezifischen Verarbeitungseigenschaften und das verfügbare Verarbeitungsfenster des verwendeten Materials eingestellt werden. In der Regel wird die Maximaltemperatur bei der Verarbeitung der genannten Materialien 270° C nicht überschreiten. Wenn z. B. die angelegte Spannung erhöht wird, werden in der Regel auch die erreichten Maximaltemperaturen erhöht. Eine Änderung der Frequenz des angelegten elektromagnetischen Feldes, z. B. von 27,12 MHz auf 54,20 MHz, führt ebenfalls zu einer Änderung der erreichten Maximaltemperatur (und in der Regel auch z. B. der Heizrate). Wie bereits erwähnt und diskutiert, führt das Einstellen der Segmente/Schrauben 86 auf eine höhere Position (d. h. einen kleineren Wert von d) auch zu einer Erhöhung der (maximalen) Temperatur an der entsprechenden Position/im entsprechenden Bereich innerhalb des Gußformhohlraums 14, so dass diese Faktoren miteinander zusammenhängen und gegeneinander abgewogen werden müssen, wie der Fachmann versteht.
Auch erwärmt sich ein Material, das einen höheren dielektrischen Verlustfaktor aufweist, in der Regel schneller und stärker, so dass auch dies beim Materialwechsel und Einstellen von z. B. Spannung, Frequenz und/oder Position der Segmente/Schrauben 86 sowie der Dauer des Fertigungsprozesses berücksichtigt werden muss.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Möglichkeiten, die Feldverteilung innerhalb des Gußformhohlraums 14 einzustellen, kann auch die Form der anderen Kondensatorplatte, d.h. hier die Kondensatorplatte 15, die mit der Strahlungsquelle verbunden ist, zumindest teilweise an die Geometrie des herzustellenden Teils (d.h. der Schuhsohle oder eines Teils einer Schuhsohle, wie einer Zwischensohle oder eines Teils davon) angepasst werden. Dieser „konventionelle und statische“ Ansatz zum Einstellen der Feldverteilung kann somit die „dynamischen“ Einstellmöglichkeiten ergänzen, die durch die hier offenbarten Segmente 86 mit einstellbarem Abstand d zum Gußformhohlraum 14 bereitgestellt werden.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit dem vierten Aspekt einhergeht und der ebenfalls unter Verwendung der im Rahmen des ersten, zweiten und/oder dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung offenbarten Möglichkeiten, Ausführungsformen und Beispiele durchgeführt werden kann, ist ein Verfahren zur Herstellung einer Schuhsohle oder eines Teils einer Schuhsohle aus Schaumstoffpartikeln 29.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren: a.) das Einfüllen der Partikel 29 in einen Gußformhohlraum 14 eines Gussformwerkzeugs 3, das aus mindestens zwei den Gußformhohlraum 14 begrenzende Gußformhälften 12, 13 gebildet ist, wobei mindestens zwei Kondensatorplatten 15, 16 benachbart zum Gußformhohlraum 14 angeordnet sind, wobei mindestens eine der Kondensatorplatten 15 mit einer Strahlungsquelle verbunden ist, und wobei mindestens eine der Kondensatorplatten 16 mehrere Segmente 86 aufweist, die einen anpassbaren Abstand d zum Gußformhohlraum 14 aufweisen; b.) Bestrahlen des Gußformhohlraum 14 mit elektromagnetischer Strahlung, die von den Kondensatorplatten 15 und 16 ausgesandt wird; und c.) lokales Anpassen einer Feldstärkeverteilung des einstrahlenden elektromagnetischen Feldes innerhalb des Gußformhohlraum 14 durch Verändern des anpassbaren Abstandes d der Segmente 86 zu dem Gußformhohlraum 14.
Durch Modifizieren kann vor und/oder während der Bestrahlung des Gußformhohlraums 14 mit der elektromagnetischen Strahlung erfolgen.
Die Schaumstoffpartikel 29 können eines oder mehrere der folgenden Basismaterialien umfassen: thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polylactat (PLA), Polyamid (PA), Polyetherblockamid (PEBA), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder thermoplastisches Polyesterether-Elastomer (TPEE). Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei diesen Schaumstoffpartikeln um Partikel, die einen sogenannten Kornnschaumstoff umfassen, der in der Fachwelt auch als Pellet-/Partikelschaumstoff bekannt ist. Oft werden die Schäume, die unter Verwendung von zusammenhängenden Schaumstoffpartikeln entstanden sind, mit der Bezeichnung „e“ versehen, um die Kornform der polymeren Schaumstoffkomponente zu verdeutlichen, z. B. eTPU.
Aus der obigen Erörterung der verschiedenen Optionen, Modifikationen und Ausführungsformen, die im Rahmen der vorliegenden Offenbarung bezüglich der Vorrichtung 1 der 13a-f möglich sind, versteht der Fachmann abschließend, wie diese Optionen, Modifikationen und Ausführungsformen in entsprechende Schritte für ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Partikelschaumstoffteils, insbesondere einer Schuhsohle oder eines Teils einer Schuhsohle aus den Schaumstoffpartikeln 29, umgesetzt werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird daher auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Materialbehälter
3: Gussformwerkzeug
4: Förderleitung
5: Boden
6: Druckluftleitung
7: Druckluftquelle
8: Treibdüse
9: Druckluftleitung
10: Füllinjektor
11: Druckluftleitung
12: Gussformhälfte
13: Gussformhälfte
14: Gussformhohlraum
15: 1. Kondensatorplatte
16: 2. Kondensatorplatte
17: Elektrische Verbindungsleitung
18: Generator/AC-Spannungsquelle
19: Begrenzungsfläche (innen) der Gussformhälfte
20: Lüfter
21: Außenfläche der Gussformhälfte
24: Grundkörper
28: Isolierschicht
29: Schaumstoffpartikel
30: Erdpotential
31: Bodenwand
32: Umlaufende Seitenwand
33: Füllöffnung
34: Begrenzungswand
35: Trennwand
36: Hohlraum
37: Abdeckelement
38: Vorstehender Teil
40: Schwingkreis
41: Schaltvorrichtung
46: Verbindungsleitung
47: Generatorseitige Induktivität
48: Werkzeugseitige Induktivität
49: Werkzeugseitiger Kondensator
50: Werkzeugschwingkreis
51: Generatorseitiger Kondensator
52: Generatorschwingkreis
53: Messkondensator
54: Koaxiale Leitung
55: Spannungsmessvorrichtung
56: Diode
57: Steuervorrichtung
58: Induktivität
59: isolierender Kondensator
73: Presse
76: Zylinder-Kolben-Einheit
80, 81: Isolator
82: Schrauben
83: Elektrische Anschlusselemente
85, 86: Segmente / Werkzeugkondensator / Schrauben
86a: Segment/Schraube
d: Abstand zum Gussformhohlraum
D: Abstand zur gegenüberliegenden Kondensatorplatte
86h: Segment/Schraube in hoher Position
86m: Segment/Schraube in mittlerer Position
86l: Segment/Schraube in niedriger Position
86x: Segment/Schraube komplett entfernt
87: Generatorverbindungssegment / Erstes Kondensatorplattensegment
88: Kantenbereich
89: Mittelsegment
90: Kondensatorplattensatz
91: Zusatzsegment
100: Elektrodenhauptkörper
110: Abdeckplatte
120: Erhöhungsblock
130: Raster
P1-P4: Referenzpositionen
P1-P6: Messpositionen/Regionen
C1-C6: Messkurven

Im Folgenden werden zum besseren Verständnis der Erfindung weitere Beispiele beschrieben:

1. Vorrichtung zur Herstellung eines Partikelschaumstoffteils, insbesondere einer Schuhsohle oder einer Zwischensohle oder eines Teils davon, umfassend:
- ein Gussformwerkzeug (3), das einen Gussformhohlraum (14) definiert, wobei mindestens zwei Kondensatorplatten (15, 16) benachbart zum Gussformhohlraum (14) angeordnet sind, wobei die Kondensatorplatten mit einer Strahlungsquelle (18) für elektromagnetische Strahlung verbunden sind, wobei die Strahlungsquelle (18) für elektromagnetische Strahlung zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist, und das Gussformwerkzeug (3) aus mindestens zwei Gußformhälften (12, 13) geformt ist,
- wobei mindestens eine der beiden Kondensatorplatten (15, 16) aus mehreren Segmenten (85, 86) geformt ist, so dass die Oberfläche der Kondensatorplatte (15, 16) an die Größe des Gussformwerkzeugs (3) angepasst werden kann.
2. Vorrichtung nach Beispiel 1, wobei die Segmente (85, 86) der Kondensatorplatte oder -platten (15, 16) lösbar elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind.
3. Vorrichtung nach Beispiel 1 oder 2, umfassend ein elektrisch leitendes Verbindungselement (83), das zwei oder mehr Segmente (85, 86) an ihren Kanten elektrisch miteinander verbindet.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die Segmente (85, 86) Kantenbereiche (88) aufweisen, die beim Zusammenfügen der Segmente (85, 86) ineinandergreifen.
5. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die Segmente (85, 86) lösbar an einem Isolator (80, 81) befestigt sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei mindestens ein Segment (87) der durch die Segmente (85, 86) geformten Kondensatorplatte(n) (15, 16) elektrisch mit der Strahlungsquelle (18) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Beispiel 1, wobei die Segmente (85, 86) der Kondensatorplatte(n) (15, 16) fest mit einem Isolator (80, 81) verbunden sind und einzeln ein- oder ausgeschaltet werden können, um die Größe der Kondensatorplatte (15, 16) einzustellen.
8. Vorrichtung nach Beispiel 7, wobei die einzelnen Segmente (85, 86) elektrisch voneinander isoliert sind und jeweils separat über eine Hochfrequenzleitung (17) mit der Strahlungsquelle (18) verbunden sind.
9. Vorrichtung nach Beispiel 7 oder 8, wobei die Segmente (85, 86) jeweils mit einem Schwingkreis (40) verbunden sind, der zwei Schwingkreise (50, 52) umfasst, wobei mindestens einer der beiden Schwingkreise (50, 52) abstimmbar ist, so dass die Strahlungsversorgung durch Abstimmen des abstimmbaren Schwingkreises eingestellt werden kann.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die Segmente (85, 86) zusammen eine konturierte Kondensatorplatte (15, 16) formen.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die Segmente (85, 86) nur auf einer Seite des Gußformhohlraums (14) angeordnet sind und dort eine Kondensatorplatte (15, 16) formen, und/oder eine Gussformhälfte elektrisch leitend ist und als Kondensatorplatte dient.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei mindestens eine der durch die Segmente (85, 86) gebildeten Kondensatorplatten (15) elektrisch mit der Strahlungsquelle (18) verbunden ist, während die andere Kondensatorplatte (15) oder deren Segmente (86) elektrisch geerdet sind.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die Segmente (85, 86) jeweils eine Geometrie aufweisen, die beim Zusammenfügen der Segmente (85, 86) eine Kondensatorplatte (15, 16) ergibt, deren Geometrie an die Geometrie des Gussformwerkzeugs (3) angepasst ist.
14. Kondensatorplattensatz für eine Vorrichtung zum Herstellen eines Partikelschaumstoffteils, insbesondere zur Herstellung einer Schuhsohle oder einer Zwischensohle oder eines Teils davon, umfassend:
- mindestens ein erstes Kondensatorplattensegment (87), das an einem Isolator befestigt werden kann und einen Teil umfasst, der mit einer Strahlungsquelle (18) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung verbunden werden kann; und ein oder mehrere zweite Kondensatorplattensegmente (85);
- wobei das erste Kondensatorplattensegment (87) und die zweiten Kondensatorplattensegmente (85) so ausgebildet sind, dass sie gemeinsam eine Kondensatorplatte (15) formen, deren Fläche an die Größe eines Gussformwerkzeugs (3) zur Herstellung eines Partikelschaumstoffteils anpassbar ist.
15. Kondensatorplattensatz nach Beispiel 14, wobei das oder die Kondensatorplattensegmente (85, 86) lösbar elektrisch und mechanisch miteinander verbindbar sind, um gemeinsam die Kondensatorplatte (15, 16) zu formen.
16. Kondensatorplattensatz nach Beispiel 14, wobei das oder die zweiten Kondensatorplattensegmente (85) jeweils einen Anschlußbereich zum Anschluß an eine Strahlungsquelle (18) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung aufweisen, wobei jedes Kondensatorplattensegment (85, 87) so ausgebildet ist, dass es von dem oder den anderen Kondensatorplattensegmenten (85, 87) in der daraus geformten Kondensatorplatte (15) elektrisch isoliert ist und durch einen abstimmbaren Schwingkreis (40) ein- oder ausschaltbar ist.
17. Kondensatorplattensatz nach einem der Beispiele 14 bis 16, wobei der Kondensatorplattensatz zur Verwendung in einer Vorrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 13 geeignet ist.
18. Verfahren zur Herstellung eines Partikelschaumstoffteils, insbesondere einer Schuhsohle oder einer Zwischensohle oder eines Teils davon, umfassend die Schritte:
1. a. Einfüllen von Schaumstoffpartikeln (29) in einen Gussformhohlraum (14) eines Gussformwerkzeugs (3), wobei neben dem Gussformhohlraum (14) mindestens zwei Kondensatorplatten (15, 16) angeordnet sind, die elektrisch mit einer Strahlungsquelle (18) für elektromagnetische Strahlung verbunden sind, um elektromagnetische Strahlung zu erzeugen;
2. b. Verschweißen der Schaumstoffpartikel (29) durch die elektromagnetische Strahlung zwischen den Kondensatorplatten (15, 16); und
3. c. Entformen des Partikelschaumstoffteils; wobei
4. d. mindestens eine der beiden Kondensatorplatten (15, 16) aus einer Vielzahl von Segmenten (85, 86) geformt wird, wobei die Fläche der Kondensatorplatte (15, 16) durch Zusammenfassen der strahlungserzeugenden Segmente (85, 86) an die Größe des Gussformwerkzeugs (3) angepasst wird.
19. Verfahren nach Beispiel 18, wobei die Segmente (85, 86) lösbar elektrisch und mechanisch miteinander verbunden werden, um sie zu kombinieren.
20. Verfahren nach Beispiel 18, wobei die Segmente (85, 86) elektrisch voneinander isoliert sind und durch Abstimmung eines mit dem Segment (85, 86) verbundenen Schwingkreises (40) ein- und ausgeschaltet werden, um sie miteinander zu kombinieren.
21. Verfahren nach Beispiel 20, wobei die an einem einzelnen Segmentpaar (85, 86) anliegende Spannung individuell gemessen und die dem jeweiligen Segmentpaar (85, 86) zugeführte Leistung individuell in Abhängigkeit von der gemessenen Spannung geregelt wird.
22. Verfahren nach einem der Beispiele 18 bis 20, wobei eine Vorrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 14 und/oder ein Kondensatorplattensatz nach einem der Beispiele 15 bis 17 verwendet wird.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 3079723 [0004]
US 3242238 [0005]
GB 1403326 [0006]
WO 01/064414 A1 [0007]
WO 2013/050181 A1 [0008]
DE 102016100690 A1 [0014, 0103, 0153]
DE 102016123214 A1 [0014, 0103, 0202]
DE 102019127680 [0014, 0103]
DE 102015202013 A1 [0014, 0103]
DE 102016223980 A1 [0014, 0103]

Claims

Vorrichtung (1) zur Herstellung einer Schuhsohle oder eines Teils einer Schuhsohle aus Schaumstoffpartikeln (29), wobei die Vorrichtung umfasst: a. ein Gussformwerkzeug (3), das aus mindestens zwei Gussformhälften (12, 13) geformt ist und das einen Gussformhohlraum (14) definiert; b. mindestens zwei Kondensatorplatten (15, 16), die angrenzend an den Gussformhohlraum angeordnet sind; wobei c. mindestens eine der Kondensatorplatten mit einer Strahlungsquelle verbunden ist; und wobei d. mindestens eine der Kondensatorplatten mehrere Segmente (86) aufweist, die einen anpassbaren Abstand (d) zum Gussformholraum haben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Segmente elektrisch mit einem elektrisch leitenden Elektrodenhauptkörper (100) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Elektrodenhauptkörper auf Erdpotential liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kondensatorplatte, die mit der Strahlungsquelle verbunden ist, eine erste Kondensatorplatte auf einer Seite des Gussformholraums ist, und wobei die Kondensatorplatte, die die mehreren Segmente umfasst, die einen anpassbaren Abstand zum Gussformholraum aufweisen, eine zweite Kondensatorplatte auf einer gegenüberliegenden Seite der Gussformholraum ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Abstand der Segmente zum Gussformholraum durch mechanische und/oder elektrische Aktuatormittel individuell einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Segmente in einem zweidimensionalen Gitter (130), insbesondere in einem rechteckigem Gitter, angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Gitterdichte lokal variiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Segmente als Schrauben oder Stifte bereitgestellt sind, die einstellbar mit dem Elektrodenhauptkörper verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Schrauben Metallschrauben sind, die in den Elektrodenhauptkörper eingeschraubt sind, und wobei der Elektrodenhauptkörper aus Metall besteht oder Metall umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, ferner umfassend eine Abdeckplatte (110) aus elektrisch nicht-leitendem Material, das auf dem Elektrodenhauptkörper angeordnet ist und Öffnungen aufweist, in denen die Schrauben oder Stifte angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Abdeckplatte aus einer elektrisch isolierenden Abdeckung hergestellt ist oder diese umfasst, vorzugsweise wobei die Abdeckplatte aus einem oder mehreren der folgenden Materialien hergestellt ist oder diese umfasst: Polytetrafluorethylen, PTFE; Polyethylen, PE, insbesondere ultrahochgewichtigesmolekulares Polyethylen, UHMWPE; Polyetherketon, PEEK; ein Thermoplast; ein Duroplast; Polyethylenterephthalat, PET; Polyoxymethylen, POM; Polystyrol, PS; ein isolierendes mineralisches Material.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-11, wobei jedes der Segmente in eine der mindestens folgenden vier Positionen eingestellt werden kann: entfernt (86x) oder elektrisch getrennt, eine niedrige Position (861), eine mittlere Position (86m), eine hohe Position (86h).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, wobei die Position der Segmente angepasst werden kann, während der Gussformholraum mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, wobei das Anpassen der Position eines oder mehrerer der Segmente die Feldstärkeverteilung des eingestrahlten elektromagnetischen Feldes innerhalb des Gussformholraums beeinflusst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-14, wobei die Form der an die Strahlungsquelle angeschlossenen Kondensatorplatte zumindest teilweise an die Geometrie des herzustellenden Teils angepasst ist.
Verfahren zur Herstellung einer Schuhsohle oder eines Teils einer Schuhsohle aus Schaumstoffpartikeln (29), das Verfahren umfassend: a. Einfüllen der Partikel in eine Gussformholraum (14) eines Gussformwerkzeugs (3), das aus mindestens zwei die Gussformholraum definierenden Formhälften (12,13) geformt ist, wobei mindestens zwei Kondensatorplatten (15, 16) benachbart zum Gussformholraum angeordnet sind, wobei mindestens eine der Kondensatorplatten mit einer Strahlungsquelle verbunden ist, und wobei mindestens eine der Kondensatorplatten mehrere Segmente (86) aufweist, die einen anpassbaren Abstand (d) zum Gussformholraum aufweisen; b. Bestrahlen des Gussformholraums mit von den Kondensatorplatten ausgesandten elektromagnetischen Strahlung; und c. lokales Einstellen einer Feldstärkeverteilung des einstrahlenden elektromagnetischen Feldes innerhalb des Gussformholraum durch Modifizieren des anpassbaren Abstandes der Segmente zu dem Gussformholraum.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Modifizierung vor und/oder während der Bestrahlung des Gussformholraums mit der elektromagnetischen Strahlung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Schaumstoffpartikel eines oder mehrerer der folgenden Basismaterialien umfassen: thermoplastisches Polyurethan, TPU; Polylactat, PLA; Polyamid, PA; Polyetherblockamid, PEBA; Polyethylenterephthalat, PET; Polybutylenterephthalat, PBT; thermoplastisches Polyesterether-Elastomer, TPEE.