DE3233241A1 - Verfahren zum pressen von formteilen aus bindemittelhaltigen organischen fasermatten und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig r Patentanwälte

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3. September 1982

Günter H. Kiss
Gustav-Freytag-Straße 7, 1000 Berlin 33

Verfahren zum Pressen von Formteilen aus bindemittelhaltigen organischen Fasermatten und Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens

Verfahren zum Pressen von Formteilen aus bindemittelhaltigen organischen Fasermatten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Pressen von Formteilen aus bindemittelhaltigen organischen Fasermatten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Verfahren sind bekannt (Kollmann Holzspanwerkstoff, Berlin/Heidelberg/New York 1966, S. 354 bis 357) . Bei diesem bekannten Verfahren, bei dem Holzspanwerkstoffe,die mit Bindemittel vermischt sind, zwischen zwei Heizplatten, deren Temperatur beispielsweise zwischen 140 bis 180°C liegen, mit Druck beaufschlagt werden, führt die Bearbeitungsfeuchte des Werkstoffes bei Inkontaktbringung mit den Heizplatten zu einem Dampfstoß, wobei die Temperatur im eigentlichen Holzspanwerkstoff ³^ nur wenig über 1OO°C ansteigen kann, da der

- 15 Dampf sofort über die offenen Plattenränder entweicht und damit ein kontinuierlicher Entfeuchtungsvorgang während der gesamten Preßzeit abläuft gekoppelt mit einem entsprechenden Verlauf des Entzuges von Verdampfungswärme aus dem unter Preßdruck stehenden Holzspanwerkstoff. Die mit dem Wärmeentzug verbundene Abkühlung des Spanwerkstoffes in seinem Inneren trotz der relativ heiß vorgewärmten Preßplatten führt bei den gegebenen Bedingungen des unter Atmosphärendruck stehenden Dampfes zu relativ langen Aushärtezeiten des Bindemittels. Das bekannte bezüglich der Dampfdruckausbildung offene System arbeitet daher mit Preßzeiten, die im günstigsten Falle noch länger als 2 1/2 Minuten sind, und die auf ein ausreichendes Entfeuchten des Werkstoffes bis auf eine Entfeuchte von mindestens 8 % abgestellt sind. Die Werkzeugentlastung der Presse, also die Beendigung des Preßvorganges, ist unabhängig vom Dampfdruck innerhalb des Holzspanwerkstoffes, da dieser sich zu jeder Zeit über die Ränder entweichend dem Atmosphärendruck anpaßt.

Die heutigen bindemittelhaltigen organischen Faserwerkstoffe, insbesondere wenn sie in Form von Fasermatten aus Lignozellulose oder dergleichen vorliegen, besitzen vorteilhaft weniger als 50 % wärmehärtende Bindemittelbeimischungen, vorzugsweise Beimischungen zwischen 5 bis 25 %, wobei die derzeit angewendeten Temperaturen der Preßwerkzeuge

zwischen 160 und 230° C liegen.

Die Aushärtung der verwendeten Bindemittel ist stark von der Temperatur abhängig, die innerhalb des Faserstoffes während des Preßvorganges erreicht werden kann und läßt sich grob gesagt bei Erhöhung der Temperatur pro 10° C etwa verdoppeln. Da die Temperatur des zu verpressenden Fasermaterials in etwa gleich der Dampftemperatur, die durch die Verarbeitungsfeuchte desselben während des Preßvorganges entsteht, ist, läßt sich bei dem vorstehend genannten Verfahren infolge des freien Entweichens des Dampfes über die gesamte Umfangsfläche der Fasermatte die Aushärtezeit auch durch weitere Erhöhung der Temperatur der Preßwerkzeuge nicht verkürzen, was im übrigen nur zur Folge hätte, daß die Oberflächen der zu verpressenden Fasermatten chemisch zersetzt werden oder gar verbrennen.

Nach dem Vorstehenden ist der Einfluß der Verarbeitungsfeuchte des zu verpressenden Fasermaterials auf die Preßzeiten zwiespältig: Einerseits beschleunigt die kontinuierlich während der Preßzeit abdampfende Feuchte den Wärmetransport, andererseits führt der Entzug der Verdampfungswärme aus dem Fasermaterial unmittelbar zu dessen Abkühlung und die erforderliche Absenkung der Feuchte auf die notwendige Entfeuchte zu unvertretbar langen Preßzeiten.
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Neben diesem sogenannten offenen Preßverfahren, bei dem die Verarbeitungsfeuchte kontinuierlich während des gesamten Preßvorganges an den offenen Rändern zwischen den Pressenhälften entweichen kann, sind auch sogenannte geschlossene

Verfahren bekannt, aus denen während des Preßvorganges der entstehende Dampf nur bedingt austreten kann. Dieser Stand der Technik ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der benötigte Preßdruck aufgebaut wird, um jeweils kurzzeitig durch leichtes Abheben der Preßwerkzeuge voneinander wieder reduziert zu werden, woraufhin der volle Preßdruck erneut eingesetzt wird. Bei dieser Intervallpressung bedeutet jeder Schritt der Entspannung des sich aufbauenden Dampfdruckes eine Lockerung des verdichteten Fasergefüges und für die darauffolgende erneute Verdichtung steht nur noch ein Teil des teilweise dann bereits abgebundenen thermisch aushärtenden Bindemittels zur Verfügung, was die Qualität des herzustellenden Formteiles erheblich beeinträchtigt.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren, dem sogenannten "Thermodyn-Verfahren" (vgl. US-PS 2 402 554),handelt es sich im vorgenannten Sinne gleichfalls um einen dampfdicht geschlossenen Preßvorgang, bei dem der zu verpressende Faserwerkstoff während der gesamten Schließzeit der Werkzeughälften der Presse unter dem sich aufbauenden Dampfdruck zufolge der im Werkstoff enthaltenen Verarbeitungsfeuchte steht, wobei dieser Dampfdruck dann aber auch erst dann vor Öffnung der Pressenwerkzeuge langsam direkt an die freie Atmosphäre abgelassen wird, wenn sich infolge der chemischen Bedingungen der dem Zellulosefaserstoff eigenen Eigenschaften bei den angewandten erhöhten Temperaturen

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selbsttätig Bindemittel gebildet haben, die jedoch bei den hiermit ablaufenden chemischen Reaktionen zur Zerstörung der Fasereigenschaften des Ausgangsmaterials führen. Die

durch die Zersetzung der holzeigenen Substanz erzeugten kunstharzähnlichen Bindemittel kennzeichnen sich trotz der vorgegebenen großen Dampfdrücke und damit erhöhten Temperatur durch Mindesterzeugungszeiten, die in der Größenordnung von 10 Minuten liegen und daher für extrem kurzzeitige Pressentakte, wie sie die heutigen moderne Formteilfertigung verlangt, gänzlich ungeeignet sind. Hinzu kommt hier noch, daß die Preßzeit nicht allein durch die Mindesterzeugungszeit der kunstharzähnlichen Bindemittel bestimmt wird, sondern zusätzlich noch durch die nach der Bildung der Bindemittel für diese erforderlichen Aushärtezeit, also letztlich durch die Summe der Mindesterzeugungs- und Aushärtezeit der durch die Zersetzung der Holzfaser entstehenden Bindemittel. Die Taktzeit bei diesem Preßverfahren verlängert sich dann noch durch die im Stand der Technik ausdrücklich

geforderte langsame Entdämpfung des sich in der Presse aufgebaut habenden Dampfdruckes nach Beendigung der Preßzeit und vor dem öffnen der Preßwerkzeuge.

Alle zum Stand der Technik gehörenden Verfahrensweisen besitzen erhebliche Nachteile, die sich wie folgt zusammenfassen lassen:

1. Beim Verpressen zwischen an den Rändern offenen Preßplatten erfolgt das Ausdampfen der Feuchte näherungsweise bei Atmosphärendruck, so daß lediglich Dampftemperaturen erreicht werden, die dem Siedepunkt des Wassers bei diesem Druck entsprechen, das heißt durch konvektiven Wärmetransport werden im Werkstoff lediglich Temperaturen von nur wenig Über 100° C erreicht, obwohl 1-0 die Werkzeugtemperaturen wesentlich höher liegen. Dies bedeutet entsprechend geringe Aushärtungsgeschwindigkeit des Bindemittels im Werkstoff und somit lange Preßzeiten.

2. Beim Pressen von Halb- oder Fertigteilen im Zwischenhubverfahren, bei dem im Zwischenhub das zunächst mit Druck beaufschlagte Preßteil wieder voll entlastet wird, lockert sich das Werkstoffgefüge, und es geht ein Teil der Bindekraft verloren, wodurch sich die Qualität des Fertigteils verschlechtert.Darüber hinaus erfordert die zum Zwischenhub notwendige sehr langsame Druckentlastung der Werkzeuge und der Zwischenhub selbst erhöhten Aufwand an Pressensteuerung. Die Gesamtpreßzeit wird durch die Zwischenentlastung und den Zwischenhub sowie die erforderliche Ausdampfzeit

erheblich verlängert.
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3. Das Thermodyn-Verfahren mit dampfdicht geschlossenen Heißpreßwerkzeugen erfordert einen wirtschaftlich kaum zu vertretenden Energieaufwand bei sehr langen Mindestes erzeugungszeiten für das entstehende

- XL -Bindemittel und extrem verlängerter Preßzeit.

Zur Lösung des Dampfdruckproblems wurde vorgeschlagen, die Werkzeuge mit Dampfentlastungsbohrungen zu versehen, die einen ungehinderten Dampfaustritt aus den Preßteilen ins Freie während der gesamten Preßzeit ermöglichen (Werz). Ähnlich wird bei der Fertigung von Hartfaserplatten bzw. von Faserformteilen im Naßverfahren vorgegangen, bei dem vorzugsweise auf perforierten Werkzeugen abgepreßt wird. Bei einer derartigen Vorgehensweise liegen bezüglich der Entdämpfung vergleichbare Verhältnisse vor wie beim Spanplattenpressen. Nach dem hierzu bereits Ausgeführten kann durch eine derartige Maßnahme zwar Dampfdruck im Fertigteil reduziert werden, dies aber nur auf Kosten erniedrigter Werkstoff temperaturen (ca. 100⁰C), so daß eine Taktzeitverkürzung insgesamt auch bei diesem stand der Technik nicht zu erzielen ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und Vorrichtungen zur Durchführung des 5 Verfahrens dahingehend weiterzuentwickeln, daß wesentlich verkürzte Taktzeiten bei verbesserter Ausnutzung der Bindemitteleigenschaften unter Vermeidung der Gefahr von Blasenbildung oder anderer Inhomogenitäten im verpreßten Werkstoff und bei gleichzeitig verbesserter Energiebilanz möglich werden.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch ein Verfahren erreicht, wie es im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 definiert ist.

S Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens und die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

I^ Die bei den bisher bekannten einstufigen Preßverfahren ohne Zwischenentlastung und ohne Zwischenhub offensichtlich für unumgänglich gehaltene kontinuierliche Entdämpfung bei näherungsweise Atmosphärendruck mit den daraus resultierenden nachteiligen Folgen für die

1- Werkstofftemperatur wird durch das erfindungsgemäße vorliegende Verfahren ebenso aufgehoben, wie die bei den bisher bekannten Verfahren zum Formteil pressen in geschlossenen Werkzeugen offensichtlich für unumgänglich gehaltene Zwangskoppflung der Entspannung des Dampfdrucks

*^J durch Entlastung des Preßdruckes und die dadurch zwangsläufig notwendige Mehrstufigkeit des Preßdruckzyklus.

Erfindungsgemäß wird eine klare Trennung zwischen der Dampfdruckentlastung und der Pressendruckentlastung vorgenommen. Vorteilhaft wird während der gesamten Preßzeit bei einer nur einstufigen Preßdruckausübung auf den Werkstoff, also ohne Zwischenaufhebung des Preßdruckes, der sich im Heißpreßverfahren aufbauende erhöhte Dampfdruck in einem in sich geschlossenen Material volumen zurückgehalten, so daß während der gesamten Preßdauer die dem erhöhten Dampfdruck entsprechend erhöhte Dampftemperatur aufrecht erhalten wird. Das Bindemittel kann also bei erhöhter Temperatur und ohne Zwischenabkühlung aushärten. Nach einer als Mindestaushärtzeit bezeichneten Dauer reicht die Bindekraft des Bindemittels aus, um die

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durch den Preßdruck erzielte Gefügeverdichtung auch nach der Entnahme des Fertigteils aus dem Werkzeug aufrecht zu erhalten, d.h. beispielsweise um ein Auffedern des Werkstoffes durch natürliche Faserelastizität zu verhindern.

Die gleichbleibende Anwesenheit des überhitzten Wasserdampfes bis zu diesem Zeitpunkt verkürzt die Mindestaushärtzeit gegenüber dem bisher bekannt gewordenen Verfahren erheblich (beispielsweise beträgt die Mindestaushärtzeit bei einer Werkstofftemperatur von 120° C nur noch etwa ein Viertel derjenigen, die bei einer entsprechenden Temperatur von 100° C benötigt wird). Erst nach dem Erreichen der Mindestaushärtzeit erfolgt bei Fortdauer der Beaufschlagung des Preßwerkzeuges mit Preßdruck eine Dampfdruckreduzierung bis auf Atmosphärendruck und erst daran anschliessend das öffnen der Preßwerkzeuge, also die Druckentlastung des verpressten Werkstoffes.

Der verfahrenserhebliche Dampfdruck wird vorzugsweise dadurch erzeugt, daß zumindest der überwiegende Teil des bei geschlossenem Preßwerkzeug durch das Auskochen von Wasser und anderen flüchtigen Bestandteilen sich bildende überhitzte Wasserdampf und dergleichen Gasdruckkomponenten in einem in sich geschlossenen, den Werkstoff mitenthaltenden Volumen zurückgehalten werden.

Bei geringen Verarbeitungsfeuchten des Werkstoffes, die 5 % nicht wesentlich übersteigen, kann es zweckmäßig sein, den benötigten Dampfdruck durch Einleiten von Fremddampf geeigneter Dampfspannung in das beschriebene Volumen zu erzeugen und/oder aufrecht zu erhalten.

Dadurch, daß der Preßdruck bis zum Abschluß der Dampfdruckreduzierung erfindungsgemäß so groß gewählt wird, daß die Werkzeuge dampfdicht geschlossen gehalten werden und daß die vom Werkzeug auf den Werkstoff ausgeübte

Flächenpressung mindestens dem Dampfdruck im Inneren des Werkstoffes entspricht, treten während der Dampfdruckentlastung und der Entfeuchtung keine Lockerungen im Werkstoffgefüge auf: Die Bindekraft der verwendeten Bindemittel kann voll ausgenutzt werden.

Die erfindungsgemäße Dampfdruck- und Feuchtereduzierung erst nach der Mindestaushärtezeit und bei aufrechterhaltenem Preßdruck hat einen weiteren, die Preßzeit zusätzlich ver kürzenden Vorteil:

Die am Ende der Mindestaushärtzeit im Werkstoff bestehende hohe Dampfspannung und der infolge der erhöhten Werkstofftemperatur hohe Wärmeinhalt des Werkstoffes selbst führen dazu, daß Dampfdruckreduzierung und Entfeuchtung in außer-

IS ordentlich kurzen Zeiten sich vollziehen können. Hierzu werden nur wenige Sekunden benötigt. Bei erheblich verkürzten Taktzeiten ermöglicht die erfindungsgemäße Verfahrensweise, die Gesamtheit der zum Stand der Technik vorstehend genannten Nachteile zu beseitigen. '

Der nach dem vorliegenden Verfahren in einem in sich geschlossenen Pressenvolumen zurückgehaltene überhitzte Wasserdampf besitzt während des gesamten Preßvorganges wesentlich höhere Temperaturen als 100° C, so daß das Abbinden bzw. das Aushärten des Bindemittelzusatzes merklich beschleunigt wird. Jegliche Inhomogenitäten bezüglich der Festigkeit des verpressten Werkstoffes werden vermieden. Der hochgespannte beim Heißpressen aus dem Werkstoff durch Auskochen des Feuchteanteiles entstehende Wasserdampf, ggf.

in Verbindung mit anderen Gaskomponenten, wird bis zur Dampfent!astung am Ende des einstufigen Preßverfahrens dadurch auf etwa Werkzeugtemperatur gehalten, daß er in Hohlvolumina die in wenigstens eine Werkzeughälfte eingebracht sind und beispielsweise in Form von Nuten, Bohrungen und derglei chen Gaskammern vorliegen können, einfliessen kann. Die wäh-

, rend der Aufrechterhaltung des Preßdruckes gleichbleibend anstehende erhöhte Dampfdrucktemperatur verringert die Preßzeit durch Verkürzung der Aushä'rtungszeit des Bindemittels auf ca. ein Drittel der bisher benötigten Preßzeiten. Die Dampfdruckentlastung vor der Preßdruckentlastung führt infolge der Wärmekapazität des überhitzten Werkstoffvolumens zur Entfernung der Restfeuchte von diesem, noch bevor der Preßdruck aufgehoben wird.

,Q Die Dampfdruckentlastung erfolgt vorteilhaft über beispielsweise ein Druckausgleichsventil zur Außenluft oder bei gewünschter Rückgewinnung des Energieinhaltes des überhitzten Wasserdampfes und ggf. Rückführung desselben in den Verfahrensablauf über einen Wärmewandler oder auch durch Kon-

if densation des Wasserdampfes in einer Kühlfalle.

Das während des Preßvorganges einen in sich geschlossenen Dampfdruckraum bildende, den .Werkstoff mitenthaltende Werkzeugvolumen kann außer durch Bohrungen oder Oberflächennuten,

2Q die in wenigstens einer Werkzeughälfte über deren Preßfläche gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt sein können, auch durch andere beliebige sich beim Preßvorgang nicht zusetzende Oberflächenausnehmungen gebildet werden, die miteinander verbunden und ihrerseits wiederum, falls erwünscht, mit einem weiteren

₂r zugeordneten Puffervolumen in Verbindung stehen können.

Die Reduzierung des Dampfdruckes vor der Aufhebung des Preßdruckes zwischen den Werkzeughälften der Presse und damit im verpressten Werkstoff könnte außer durch das vorstehend angegebene gesteuerte Ausblasen aus dem Werkzeug und der Möglichkeit der thermischen Beseitigung durch Kühlfallen oder Wärmewandler auch noch auf chemischem Wege, etwa durch hydrophile Materialien, vorgenommen werden.

Schließlich soll noch Erwähnung finden, daß es für die Material-

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aussparungen in Form von Bohrungen, Nuten oder dergleichen in wenigstens einer der verdichtenden und/oder formenden Werkzeughälften-Oberfläche wesentlich ist, die lichte Weite derselben kleiner als die mittlere Faser- bzw. Spanlänge oder

Korngröße des Werkstoffes zu halten und daß ihr mittlerer Abstand größer als das doppelte der lichten Weite bzw. der Öffnungsbreite der Ausnehmungen ist.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen, die nur beispielsweise Ausführungsformen darstellen, näher erläutert werden, wobei in schematischer Schnittdarstellung, jeweils in gleicher Ansicht, entsprechende Ausführungen der Erfindung in verschiedenen Preßstadien wiedergegeben sind. Es bedeutet:

Fig. 1 die Offenstellung der Presse mit eingelegter vorgeformter Fasermatte;

Fig. 2 die Bedampfung der Fasermatte;

Fig. 3 das Preßwerkzeug in dampfdicht verschlossener Stellung;

Fig. 4 den Endzustand des Heißpreßvorganges;

Fig. 5
und 6 Druck-ZTemperaturdiagramroe;

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel in

einem Verfahrensschritt gemäß Fig. 1;

Fig. 8 das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 in einem Verfahrensechritt gemäß Fig. 3;

-Yl- Fig» 9 das Beispiel nach Fig. 7 in einem Verfahrensschritt gemäß Fig. 4;

Fig. 10 ein noch weiteres Ausführungsbeispiel; und

Fig. und

das Ausführungsbeispiel nach Fig. in unterschiedlichen Verfahrensstellungen.

Fig. 1 erläutert die Ausgangsposition einer Pressung, bei der eine bereits vorverformte Lignozellulosematte 4 eingelegt ist. Die obere heizbare Werkzeughälfte (die Heizvorrichtung ist für 2 und 3 mit dargestellt) ist an dem beweglichen Laufholm 1 der Presse befestigt. Die untere Werkzeughälfte 3, die mit dem Pressentisch 5 verbunden ist enthält das zusätzlich vorgesehene Puffervolumen,das aus den Bohrungen 6, den Verbindungsbohrungen 6¹ und den Verbindungsnuten 6" gebildet wird, mit denen die Bohrungen 6 untereinander verbunden sind. Mit Hilfe der Dichtungen 11 wird dieses Puffervolumen gegenüber dem Pressentisch 5 abgedichtet. Durch die Bohrung 7 wird dieses Puffervolumen mit dem Drei-Wege-Ventil 10 derart verbunden, daß es wahlweise auf die Zuführungsleitung für Fremddampf oder die Entspannungsleitung 9 geschaltet werden kann. In der in in Fig. 1 dargestellten Ausgangsposition ist das Drei-Wege-Ventil 10 geschlossen.

Vorgeformte Matten aus Lignozellulosefaser-Werkstoffen besitzen in der Regel eine Feuchtigkeit, die kleiner ist als 15 %. In Fig. 2 ist daher in gleicher schematischer Schnittdarstellung erläutert, wie der vorgeformten Lignozellulosematte 4 die für die Durchführung des Verfahrens benötigte Feuchtigkeit durch Einleiten von Fremddampf in das Puffervolumen

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zugeführt wird. Zu diesem Zweck wird das Drei-Wege-Ventil 10 so geschaltet, das die Fremddampfzuführungsleitung 8 über die Bohrung 7 mit dem Puffervolumen 6, 6" verbunden ist. Dieser Fremddampf kann die vorgeformten Lignozellulosematte mit Hilfe der Verbindungsbohrungen 6' durchdringen und befeuchten. Der Fremddampf tritt dabei, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, nach dem Durchdringen der vorgeformten Lignozellulosefasermatte in die Atmo-

15 20

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- «τι Sphäre aus. Der Dampfdurchgang durch die vorgeformte Lignozellulosematte befeuchtet diese und verbessert deren .Verformungseigenschaften zusätzlich.

Das Einbringen der Verarbeitungsfeuchte in die vorgeformte Fasermatte bei Atmosphärendruck, wie es in Figur 2 dargestellt ist, hat dabei jedoch den Nachteil, daß zum einen verhältnismäßig viel Fremddampf benötigt wird, daß andererseits die Temperatursteigerung in der Matte 100⁰C nicht übersteigt (Kondensationstemperatur des Fremddampfes).
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Eine günstige Alternative erläutert daher Figur 3 in gleicher Dar- | ι stellung. Mit Hilfe der die Kontur des Fertigteils begrenzenden j j Tauchkanten 12 und 12' wird ein zusätzliches Volumen 13 ge- j j bildet, daß in sich geschlossen ist, und den noch unverdichteten :

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Werkstoff der vorgeformten Fasermatte enthält. Die Zuführung von { Fremddampf (Bauelemente 8 , 10 , 7 , 6'' , 6 und 6' ) er- J folgt hierbei in ein 2usätzliches, abgeschlossenes Volumen, das von Werkzeugflächen begrenzt wird 2 , 3', 12' und 12' , die j so hoch erhitzt sind, daß keine Dampfkondensatlbn an ihnen erfolgt. j Lediglich in den noch nicht voll durchgewärmten Werkstoff 4 erfolgt diese Kondensation, und damit die gewünschte Befeuchtung. In dem beschriebenen Zusatzvolumen kann mit Hilfe des Fremddampfes entsprechender Überdruck aufrecht erhalten werden, so daß die Werkstoff befeuchtung bei insgesamt höheren mittleren Temperaturen als 5 100° C erfolgen kann. Gleichzeitig wird der Bedarf an Fremddampf minimiert, wodurch der Verfahrensablauf kostengünstiger ist.

Die Länge der Tauchkanten 12 und 112' ist hierbei so bemessen, daß die Summe ihrer freien Längen kleiner oder annähernd gleich der Dicke der unvorverdichteten Fasermatte 4 ist.

Nach dem Befeuchten, wie es in Figur 2 und Figur 3 dargestellt ist, wird der Werkstoff der vorgeformten Lignozellulosefasermatte '4 durch weiteres Annähern der Pressenelemente 1 und 5 unter

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Preßdruck verdichtet und fertig geformt. Das Drei-Wege-Ventil 10 wird während dieses Vorganges geschlossen, oder bleibt, wenn die Dampfspannung des Fremddampfes hinreichend groß gewählt werden kann, in der in Figur 3 dargestellten Position. 5

In Figur 4 ist schließlich der Abschluß des Heißpressens dargestellt, der durch das schlagartige Entfeuchten des verpressten Fertigteiles gekennzeichnet ist. Hierzu wird das Drei-Wege-Ventil

10 nach Abschluß der Mindestaushärtzeit der zugefügten Bindemittel schnell in die dargestellte Position gebracht, d.h. die Verbindungsbohrung 7 des Puffervolumens 6 , 6" wird mit der Atmosphäre oder einem gleichwertigen Entspannunsvolumen verbunden. Der im Puffervolumen unter hohem Druck aufgestaute über- j hitzte Dampf entweicht dabei schlagartig. Ebenso schlagartig j 15 kann die im Formteil 14 noch immer in Dampfform enthaltene Feuchtigkeit durch die Verbindungsbohrungen 6' durch das be- ! schriebene Puffervolumen sehr schnell austreten. Die schnelle Entfeuchtung wird dabei dadurch begünstigt, daß das gesamte Formteil Temperaturen angenommen hat, die deutlich größer als 100° C sind, daß also die entsprechend hohe Speicherwärme des Fertigteiles das Entfeuchten beschleunigt.

Die in Figur 4 dargestellte Phase der schlagartigen Entfeuchtung des fertig gepressten Formteiles ist charakteristisch für alle erfindungsgemäßen Verfahrensvarianten. Sie ..wird daher im folgenden nicht noch einmal dargestellt.

Die Figuren 5 und 6 erläutern schließlich die Druck- und Temperaturverhältnisse, wie sie sich bei einer Verfahrensdurchführung gemäß den Figuren 1 bis 4 ergeben, anhand schemati scher Diagramme. Der Druck- und Temperaturverlauf innerhalb des Faserwerkstoffes ist dabei für die in Figur 2 dargestellte Befeuchtungsart durchgezogen, für die Befeuchtungsart gemäß Figur 3 gestrichelt gezeichnet.

Figur 5 2eigt die entsprechenden Temperaturverläufe: Wird mit Hilfe von Fremddarnpf bei Atmosphärendruck befeuchtet, so steigt die Faserstoff- Temperatur während der Befeuchtungsphase - in Figur 5 und 6 mit tp bezeichnet - nicht über 100° C an. Erst beim endgültigen Verpressen des Faserwerkstoffes, bei dem das aus den Bauelementen 6 , 6¹ und 6¹¹ durch den Eingriff der Tauchkanten 12 und 12' geschlossen wird, erhöht sich die Werkstofftemperatur dadurch, daß im geschlossenen Volumen und infolge der hohen Temperatur der Werkzeughälften 2 und 3 sich ein erhöhter Dampfdruck mit der zugehörigen über 100° C gesteigerten Dampftemperatur einstellt.

j !

Wird dagegen nach dem Schema der Figur 3 befeuchtet, d.h. wird I J Freniddampf entsprechend hoher Temperatur unter Oberdruck durch j Ib den Faserwerkstoff in ein zusätzliches abgeschlossenes Volumen J 13 geleitet, so läßt sich die Werkstofferwärmung schneller j durchführen, da keine Dampfverluste in die Atmosphäre austreten, j ' und da im geschlossenen Volumen von vornherein ein Dampfüber- j j druck mit der dazugehörigen Temperatur erzielt'werden kann (Fi- j j 20 gur 6). Den Darstellungen der Figuren 5 und 6 ist zu entnehmen, daß beim erfindungsgemäßen Befeuchten des Faserwerkstoffes in einem insgesamt abgeschlossenen System (Figur 3) von Anfang an eine schnellere Faserstofferwärmung, höhere Faserwerkstofftemperaturen und ein höherer Druck im Faserwerkstoff erzielbar sind, 5 als bei einer erfindungsgemäßen Befeuchtung bei Atmosphärendruck (Figur 2).

Erfindungsgemäß wird bereits dadurch, daß während der Mindestaushärtezeit des zugesetzten Bindemittels die Verarbeitungsfeuchte in der Fasermatte aufrecht erhalten wird, in dem der sich durch ι die Verarbeitungsfeuchte ergebende Dampf in einem mit dem Formteil volumen verbundenen zusätzlich vorgesehenen Puffervolumen gestaut wird, und daß das Absinken der Feuchte auf die Endfeuchte durch schlagartiges Entspannen des Puffervolumens erfolgt, die Taktzeit des Verfahrens dadurch verkürzt, daß infolge des ver-

-πfahrensspezifischen hohen Dampfdruckes in Preßteil und Puffervolumen und der damit verbundenen Temperaturen, die deutlich größer als 100° C sind, die chemische Reaktion des Bindemittels beschleunigt wird, d.h. daß die Mindestaushärtzeiten (t . .) gegenübe dem bisherigen Stand der Technik gesenkt werden. Wenn wenigstens ein Teil der Verarbeitungsfeuchte der Fasermatte durch Einleiten von Fremddampf in das Puffervolumen zu Beginn des Preßvorganges zugeführt wird, so kann dies dadurch geschehen, daß der Fremddampf durch das Puffervolumen auf die Fasermatte und aus dieser in die freie Atmosphäre abgeführt wird. Günstiger ist es nach den Darstellungen der Figuren 5 und 6 jedoch, wenn der Fremddampf aus dem Puffervolumen durch die Fasermatte in ein weiteres in sich geschlossenes Volumen geleitet wird. Hierdurch kann die Gesamttaktzeit durch zusätzliches Verkürzen der Mindestaushärtezeit (*-,..■-2) der Bindemittel weiter gesenkt werden. Sollen keine vorgeformten Fasermatten eingesetzt werden, denen zumindest ein Teil der Verarbeitungsfeuchte durch Fremddampf zugeführt wird, so läßt sich das besonders günstige zusätzliche abgeschlossene Volumen, in das der Fremddampf durch die Fasermatte eingeleitet wird, nicht in jedem Falle durch spezielle Ausbildung der Tauchkante 12 , 12' herstellen. Figur 7 erläutert daher eine alternative Möglichkeit hierzu, und zwar anhand eines schematischen Querschnittes durch die Ausgangsposition des Heißpreßwerkzeuges. Der eingelegte Fasermattenzuschnitt 4' ist in diesem Falle eben. Die obere Werkzeughälfte 2 ist umlaufend mit der verschiebbaren Hülse 15 umgeben, die mit der unteren Werkzeughälfte 3' in Eingriff gebracht werden kann (Figur 8). Die Verschiebung der beweglich abgedichteten Hülse 15 kann mit Hilfe an sich bekannter Bauelemente, wie beispielsweise hydraulischen Zylindern, erfolgen, die in den Figuren nicht mit dargestellt sind.

In Figur 8 ist dargestellt, daß die Hülse 15 für die Befeuchtung des Fasermattenzuschnittes 4' mit der unteren Werkzeughälfte 3' so in Eingriff gebracht ist, daß das weitere in sich geschlossene Volumen '13*' entsteht, in das der zum Befeuchten notwendige Fremddampf mit Hilfe des in entsprechender

Stellung befindlichen Drei-Wege-Ventiles 10 durch das Puffervolumen .5', 6¹ und 6" geleitet wird.

Nach dem teil weisen Zuführen der Verarbeitungsfeuchte zum ebenen Fasermattenzuschnitt erfolgt das Fertigpressen in der schon beschriebenen Art. Figur 9 zeigt in einer Darstellung, die der Figur 4 entspricht, die Phase des schlagartigen Verdampfens durch die entsprechende Position des Drei-Wege-Ventiles 10 . Die Dichthülse 15 bewegt sich dabei in die in Figur 9 dargestellte Ausgangsposition zurück.

Das Verwenden einer gedichtet verschiebbaren Hülse 15 zum Herstellen eines weiteren, in sich geschlossenen Volumens, in das der Fremddampf eingeleitet werden kann, dargestellt in den Figuren 7

IS bis 9,ist nicht in jedem Falle zweckmäßig. Vor allem dann, wenn der Umriß der Heißpreßwerkzeuge komplizierte Gestalt besitzt, verursacht das Verwenden einer gedichtet verschiebbaren Hülse verwickelter Kontur hohen technischen Aufwand. In diesem Falle ist es jedoch möglich, das Befeuchten bei Gegendruck dadurch durchzuführen, daß das weitere in sich geschlossene Volumen 13' aus einer die Fasermatte übergreifenden, dicht auf die zugehörige Werkzeughälfte 3 aufgesetzten Glocke 16 besteht. Wie in Figur 10 dargestellt, kann diese Glocke mit Hilfe von Verriegelungselementen 17 so in ihrer gedichteten Position gehalten werden, daß sie dem überdruck des Fremddampfes standhält. Die Glocke 16 wird in die in Figur 10 dargestellte Position bei geöffneter Presse mit Hilfe an sich bekannter Bauelemente gebracht, die in Figur 10 aus Obersichtlichkeitsgründen nicht mit dargestellt sind. Nach dem Einbringen der benötigten Arbeitsfeuchte in die Fasermatte mit Hilfe des Drei-Wege-Ventiles 10 in der dargestellten Position wird der Dampfdruck aus dem Volumen 13' durch Umschalten des Drei-Wege-Ventiles 10' auf die Entspannungsleitung 9 schlagartig entfernt, die Verriegelungselemente .17 werden gelöst,und die Glocke .16 wird aus dem Heißpreßwerkzeug entfernt. Nach dem Schliessen des Drei-Wege-Ventiles '.10 wird danach in der schon beschrie-

benen Art und Weise fertig gepresst und entfeuchtet.

Ist es erforderlich, den ebenen Mattenzuschnitt .4' vor dem eigentlichen Heißpressen vorzuformen, um ein Reissen der Fasermatte beim Heißpressen zu vermeiden, so läßt sich die in Figur dargestellte Anordnung, wie in Figur 11 und 12 dargestellt, vorteilhaft weiterbilden. Zu diesem Zweck wird die Glocke 16' an ihrer Innenseite mit dem aus dem feststehenden Bauelementen 18 und 18" so wie dem Voreiler 18' bestehenden Hilfsformer versehen. Der gesamte Hilfsformer kann mit Hilfe der hydraulischen oder pneumatischen Zylinder .19 abwärts bewegt werden. Figur 11 zeigt die Ausgangsposition der unteren Werkzeughälfte 3 mit allen Hilfsvorrichtungen zu Beginn der Zusatzbefeuchtung. Die obere Hälfte 2 des Heißpreßwerkzeuges ist in dieser Darstellung aus IS Übersichtlichkeitsgründen nicht mit dargestellt. Während der Zusatzbefeuchtung des ebenen Mattenzuschnittes bewegt sich der Hilfsformer 18 , 18' , 18" schrittweise in die in Figur 12 dargeste Endposition und formt den ebenen Mattenzuschnitt 4' vor. Danach wird er in seine Ausgangsposition zurück bewegt, das Zusatzvolumen 13' wird durch entsprechende Stellung des Drei-Wege-Ven-

tiles 10 vom Dampfdruck entlastet, und die Glocke 16' wird j Bach Lösen der Verriegelungselemente 17 in der schon beschriebenen Weise von der unteren Werkzeughälfte .3 entfernt. Danach j wird nach dem Schließen des Drei-Wege-Ventiles 10 der befeuch-5 tete und vorgeformte Mattenzuschnitt in der schon beschriebenen Weise fertig gepreßt und entfeuchtet.

Um ein unerwünschtes Abkühlen des Fremddampfes in erfindungsgemäßen Vorrichtungen zu vermeiden, die den Figuren 10 bis 12 entsprechen, können die Glocken 16 , 16' und gegebenenfalls die Hilfsformer

18 , 18' , 18" zusätzlich beheizt werden. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Abkühlung während der Zeit vermieden, während der sie sich nicht im Eingriff mit dem Heißpreßwerkzeug befinden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die beschriebenen Vorrichtungen

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lassen sich sinngemäß auch für das Verarbeiten anderer als organischer Fasermatten anwenden, die entsprechende Bindemittel enfialten. Auch die Verarbeitung von bindemittelhaltigen Schüttgütern mit der beschriebenen Vorgehensweise ist erfindungsgemäß möglich.

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Claims (13)

1. L Patentansprüche

   Verfahren zum Pressen von Formteilen aus bindemittelhaltigen organischen Fasermatten, wie Lignozellulose oder dergleichen, denen - gegebenenfalls neben anderen Zusatzstoffen - höchstens 50% unter Wärmeeinfluß aushärtbare Bindemittel zugesetzt sind, und die eine Verarbeitungsfeuchte zwischen ca. 15 bis 25% aufweisen, bei dem die Fasermatte nzwischen zwei Werkzeughälften mit einer Temperatur oberhalb 100° C beaufschlagt werden und die Feuchte während des Preßvorganges auf mindestens 8% Entfeuchte abgesenkt wird, unter Verdichtung der Fasermatte in einem einzigen Pressenhub, dadurch gekennzeichnet, daß bei - wie an sich bekannt - dampfdicht geschlossenen Werkzeughälften ausschließlich während der Mindestaushärtezeit des zugesetzten Bindemittels die Verarbeitungsfeuchte in der Fasermatte aufrechterhalten wird, indem der sich durch die Verarbeitungsfeuchte ergebende Dampf in einem mit dem Formteilvolumen verbundenen zusätzlich vorgesehenen Puffervolumen gestaut wird, und daß das Absenken der Feuchte auf die Entfeuchte durch schlagartiges Entspannen des Puffervolumens erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Verarbeitungsfeuchte der Fasermatte durch Einleiten von Fremddampf in das Puffervolumen zu Beginn des Preßvorganges zugeführt wird.

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3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fremddampf durch das Puffervolumen auf die Fasermatte und aus dieser in die freie Atmosphäre abgeführt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fremddampf aus dem Puffervolumen durch die Fasermatte in ein weiteres in sich geschlossenes Volumen geleitet wird.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein ebener Fasermattenzuschnitt während der Zufuhr von Verarbeitungsfeuchte vorgeformt wird.
6. 6. Verfahren zum Pressen von Halbzeugen oder Fertigteilen unter Anwendung von Druck und Temperaturen von mehr als 100⁰C aus Werkstoffen, die höchstens 50 % in der Wärme härtender Bindemittel enthalten, die eine Verarbeitungsfeuchte von mehr als 5 %, vorzugsweise 10 bis 25 % besitzen, unter Verdichtung des Werkstoffgefüges in einem einzigen Pressenhub, gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Formgebung, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossenem Preßwerkzeug während der Mindestaushärtezeit des Bindemittels in einem in sich geschlossenen, den Werkstoff mitenthaltenden Volumen Dampfdruck erzeugt und unter Überdruck aufrechterhalten wird, daß nach der Mindestaushärtezeit Dampfdruck und Feuchte im verpreßten Werkstoff ohne nennenswerte Änderung der Werkzeugtemperatur reduziert werden,

   daß der Preßdruck bis zum Abschluß der Dampfdruckreduzierung nicht unter einen Wert gesenkt wird, der zum Dampfdichthalten des Preßwerkzeuges und zum Aufrechterhalten einer Fischenpressung erforderlich ist, die dem

   Dampfdruck im Werkstoff mindestens gleich ist, und daß das Werkzeug nach Abschluß der Dampfdruckreduzierung vom Preßdruck entlastet und zur Werkstückentnahme geöffnet wird. 10
7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Puffervolumen (6 bis 6¹¹) aus einer Mehrzahl kommunizierend untereinander verbundener Bohrungen ( 6 ) in wenigstens einer Werkzeughälfte ( 3 ) besteht und mit wenigstens einem Dampfdruckventil (10) versehen ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Länge einer an einer Werkzeughälfte vorgesehenen Tauchkante bzw. die Summe der freien Längen zweier an den beiden Werkzeughälften vorgesehenen Tauchkanten kleiner oder annähernd gleich der Dicke der unvorverdichteten Fasermatte ist.
9. 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzlich zum Puffervolumen (6 bis 6¹¹) vorgesehene weitere in sich geschlossene Volumen (13) durch die Tauchkante (12,12') gebildet ist.
10. 10.Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

    daß das weitere in sich geschlossene Volumen (13·)aus einer die nicht bzw. nicht vollständig geschlossenen Werkzeughälften (2,3) dicht umschließenden Hülse (15) besteht. 5
11. 11.Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere in sich geschlossene Volumen (13') aus einer die Fasermatte übergreifenden, dicht auf die zugehörige Werkzeughälfte (2,3)aufgesetzten Glocke (16) besteht.
12. 12.Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die dicht auf die zugehörige Werkzeughälfte (3) aufgesetzte Glocke (16') eine Hilfsformeinrichtung (18,18',18") enthält, die mit Hilfe gesonderter Bauelemente (19) beweglich ist.
13. 13.Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke (16,16') und/oder die Hilfsformeinrichtung (18,18',18") auf mindestens die Temperatur des Heißpreßwerkzeuges (2,3) beheizbar sind.