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Vorrichtung zur Regelung des Gasdruckes bei der
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Herstellung von Schauwstoff-Formkörpern Die Erfindung bezieht sich
auf eine Vorrichtung zur Regelung des Gasdruckes, insbesondere zur Anpassung des
Gasdruckes an den Schäumdruck bei der Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus
vorgeschäumten, noch blähfähigen, kleinteiligen Styrolpolymerisaten in doppelwandigen
Formen.
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Polystyrol-Schaumstoffe werden tiblicherweise aus sorgeschäumen, d.h.
aus bereits geschäumten, aber noch treibmittelhaltigen und daher noch weiter blähfähigen
Polystyrolteilchen so hergestellt, daß die Teilchen in doppelwandigen Formen mit
perforierten Innenwänden durch kurzfristiges Einleiten von Wasserdampf mit einem
Druck von 0,5 bis 1,2 atü ausgeschäumt, d.h0 weiter expandiert und gleichzeitig
unter dem inneren Expansionsdruck miteinander versintert werden.
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Danach muß der Schaumstoff so lange in der Form verbleiben, bis der
Innendruck, der gebildet wird von Wasserdampf, Treibmittel und Luft, abgesunken
und die Temperatur soweit abgefallen ist, daß der entformte Schaumstoff-Formkörper
maßhaltig bleibt. Die dazu mindestens erforderliche Zeit wird die ??Mindestformverweilzeit??
genannte Während des Bedampfens und des Abkühlens tritt eine mehr oder weniger starke
Miterialverschiebung zur Formwand hin ein, so daß sich an der Schaumstoffoberfläche
eine verdichtete 11Schwarte" ausbildet. Diese behindert den Abbau des Uberdruckes
aus dem Schaumstoff und bedingt somit relativ lange Verweilzeiten der Formkörper
in der Form. Die Mindestformverweilzeit ist ausschlaggebend für die Prod uktionskapaaität
einer Anlage0 Deshalb besteht größtes Interesse daran, die Mindestverweilzeit möglichst
klein zu halten.
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Der Schäumdruck und damit der Druck auf die perforierte Sormwand nimmt
mit steigender Rohdichte stetig zu und suhrt ab
einer Rohdichte
von etwa 100 kp/m zum Verkleben der Formwandperforation, was das Ausschäumen von
Schaumstoffen dieser und höherer Dichten erheblich erschwert bz-wO unmöglich macht.
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Gemäß der DT-PS 2 008 126 wird dieser Nachteil dadurch vermieden,
daß während der Druckabbauzeit ein Gas in die Form gepreßt wird, dessen Druck stets
dem Blähdruck des Schaumstoff-Formkörpers ungefähr angepaßt ist, Dabei besteht die
Kühlzone aus mehreren, paarweise gegenüber liegenden Druckkammern. Es stellt sich
selbsttätig ein, Druckgradientvon der ersten bis zur letzten Kammer ein, da in Abhängigkeit
von dem Verhältnis des Gasdruckes zum Schäumdruck die Überströmquerschnitte zwischen
den Kammern vergrößert oder verkleinert werden.
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Bei der Herstellung von Schaumstoff-Borwkörpern in g e S c h 1 o s
s e n e r. e n , doppelwandigen Formen nach dieser Verfahrensweise sind jedoch für
eine optimale Fertigung Druckmeßeinrichtungen erforderlich0 Die bekannten Druckmeßeinrichtungen,
die elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch über eine Membrane den
Druck auf eine Formwand ermitteln, kommen dabei als Meßglied in dem Regelkreis nicht
in Frage, da sie nicht in der tage sind, zwischen dem tatsächlichen Schäumdruck
und dem überlagerten, ebenfalls auf die Membrane wirkenden Gasdruck zu unterscheiden.
Der Scbäum-bzw. Gasdruck würde nämlich zu Anfang der Kühlzeit beliebig lange konstant
gehalten, da eine Verminderung des Schäumdruckes durch den höheren Gasdruck meßtechnisch
nicht erfaßbar ist.
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Anwendbar wären diese bekannten Regeleinrichtungen allenfalls dann,
wenn der Gasdruck einem ansteigenden Schäumdruck angeglicben werden müßte; nicht
jedoch bei einem abklingenden Verlauf des Schäumdruckes mit überlagertem Gasdruck.
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Es war daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen,
die den abklingenden Schäumdruck während der Kühlzeit bis æum Entformen der Formkörper
ständig mißt und über einen pneumatischen Mengenverstärker in der geschlossenen
Form einen Gasdruck einstellt, der zu jedem Zeitpunkt genau dem augenblicklich herrschenden
Druck des Schaumstoff-Formkörpers entspricht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten
Art gelöst, die erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch einen pneumatischen Mengenverstärker
mit zwei in seinem Innern angeordnete, über einen Kanal und einen federbelasteten
Doppelkegel steuerbare Membrane, die mittels eines mit Bohrungen versehenen Elementes
verbunden sind, einen in axialer Richtung beweglichen Stößel, der auf das Element
wirkt und der auf seiner, der Form zugekehrten Seite eine oder mehrere mit der perforierten
Forminnenwand bzw.
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der Formaußenwand in Beziehung stehende Einrichtungen trägt sowie
durch eine die Form mit dem Mengenverstärker verbindende Leitung.
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Der auf diese Weise von außen angelegte, regelbare Gasdruck verhindert,
daß der Schaumstoff an die Formwände angepreßt wird, so daß der Wasserdampf den
Formkörper unbehindert verlassen kann und die Abkühlung sowie der Abbau des Innendruckes
dadurch beschleunigt wird. Außerdem wird der unmittelbare Wärmeübergang von der
heißen Bordwand auf den Schaumstoff mangels direkten Kontaktes zwischen beiden weitgehend
unterbunde, Dadurch und infolge des raschen Druckabbaus wird die Schwartenbildung
vermindert und somit eine gleichmäßigere Dichte des Schaumstoff-Formkörpers erzielt.
Ein weiterer Vorteil besteht in der leichten Entformbarkeit, selbst von Bormteilen
mit sehr hohen Rohdichte von beispielsweise 300 kp/m3.
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Es kann jedes beliebige Gas in die Form eingeleitet werden, das unter
den Schäumbedingungen gegenüber dem Kunststoff und gegenüber der Form inert ist,
Aus wirtschaftlichen Gründen wird Luft bevorzugt0 Eine beispielhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung, die einen Überblick über
die Funktion der einzelnen Bauelemente gibt, schematisch dargestellt und im folgenden
näher erläutert.
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Den Hauptteil der Vorrichtung bilden der pneumatische Mengenverstärker
4 und der in axialer Richtung bewegliche Stößel 14.
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Der Mengenverstärker ist mittels Distanzhülsen 13 und eines
ringförmigen
Maschinenteils 18 an der Außenwand 3 der doppelwandigen Form 1 befestigt0 In seinem
Innern sind zwei Membrane 6 im Abstand zueinander angeordnet und mit einem Element
7 form- und kraftschlüssig verbunden, Auf das mit Bohrungen-8 und 9 versehene Element
7 wirkt der sich durch die Wandung des Mengenverstärkers 4 erstreckende Stößel 14
und überträgt die sich während der Herstellung des Schaumstoff-Formkörpers einstellenden
Druckänderungen. Auf seiner der Form 1 zugekehrten Seite weist der Stößel 14 mit
den Formwänden 2 und 3 bündige Teller 15 und 16 auf. Zweckmäßigerweise entspricht
die Fläche des ebenfalls perforierten Tellers 16 der einer Membrane 6 und ist die
Fläche des Tellers 15 etwas kleiner ausgebildet. Mit 17 ist eine reibungsarme Gleitdichtung
am Teller 15 bezeichnet.
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Die Gaszufuhr in den pneumatischen Mengenverstärker 4 erfolgt über
den Kanal 11 und wird durch den federbelasteten Doppelkegel 10, der mit den Offnungen
9' und 10 t zusammenwirkt, geregelt. Bei gleichen Druckverhältnissen im Mengenverstärker
4 und in der Form 1 gelangt das Gas durch die Bohrungen 8 und 9 in dem Element 7
und strömt bei 5 wieder ab, während bei unterschiedlichen Druckverhältnissen über
die, die Form 1 mit dem Mengenverstärker verbindende Leitung 12 einen Druckausgleich
vorgenommen wird.
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Von vernachlässigbar kleinen durch regelungsbedingte Schwankungen
des Gasdruckes abgesehen, herrscht, wenn Gas- und Schäumdruck einander entsprechen
auf der Unterseite der Membramen 6, in der Leitung 12, zwischen der Forminnen- 2
und Formaußenwand 3 auf der Oberseite der Scheibe 15 und auf Ober- und Unterseite
der Scheibe 16 jeweils der gleiche Druck. Der Gasdruck wirkt durch die perforierte
Forminnenwand,und zwar nicht nur auf die Schaumstoffoberfläche, sondern auch nachweislich
über die bei der Versinterung der vorgeschäumten kleinteiligen Polymerisate entstehenden
Kanäle im Schaumstoff selbst. Eine Bilanz der Kräfte, die auf die starre Einheit
Stößel 14 und die Scheiben 15 und 16 gerichtet sind, ergibt eine kleine gegen den
Schaumstoff wirkende Restkraft. Dieses Ungleichgewicht ist auf die geringfügige
kleinere Fläche der Scheibe 15 gegenüber den mit
demselben Gasdruck
beaufschlagten Membranen 6 zurückzuführen.
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Die Kräfte auf die Scheibe 16 brauchen hierbei nicht berücksichtigt
zu werden, da sie sich infolge der allseitigen Druckgleichheit aufheben.
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Unter der Einwirkung der Restkraft bewegt sich der Stößel 14 und das
Element 7 mit den Membranen 6 in Richtung auf die Form 1.
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Der Doppelkegel 10 folgt unter der Einwirkung der Federkraft dieser
Bewegung, wobei der untere Kegel die Gaszufuhr drosselt und der obere Kegel die
Abluft verstärkt, so daß der in dieser Regelphase höhere Schäumdruck die Scheiben
15 und 16 sowie den Stößel 14 wieder in ihre Ausgangsstellung bewegt. Dadurch wird
wiederum über den federbelasteten Doppelkegel die Gaszufuhr verstärkt und die Gasabfuhr
gedrosselt bis der Gasdruck dem Schäumdruck entspricht, was dann wiederum zu dem
oben geschilderten Ungleichgewicht der Kräfte - infolge der ungleichen mit Gas beaufschlagten
Flächen - führt. Die Regelung des Gasdruckes beruht somit auf einem ständigen pneumatischen
Abtasten, wolf eine periodische Schwingung im Regelsystem erzeugt wird. Die Druckschwankungen,
die nur mit einem größeren Meßaufwand, beispielsweise durch Lichtstrahl-Registrierung,
sichtbar gemacht werden können, sind vernachlässigbar klein.