DE7825657U1 - Vorrichtung zum formen expandierter kunststoffe durch ultrahochfrequenzstrahlung - Google Patents
Vorrichtung zum formen expandierter kunststoffe durch ultrahochfrequenzstrahlungInfo
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Description
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Vorrichtung o zum Formen expandierter Kunststoffe durch Ultrahochfrequenzbestrahlung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Formen expandierter, insbesondere geschäumter Kunststoffe oder plastischer
Massen, und insbesondere dielektrischer Materialien, durch Ultrahochfrequenzbestrahlung (UHF). Insbesondere befasst
sich die Erfindung mit Verbesserungen an der eigentlichen Form.
Die erhebliche Entwicklung in der Verwendung von Kunststoffschäumen
auf dem Baugebiet, der Kälteindustrie, der Herstellung von unsinkbaren Elementen,der Verpackung und der
Konditionierung, der Luftfahrt etc. hat zu einer erheblichen Entwicklung an Vorrichtungen und Verfahren zum Herstellen
expandierter Kunststoffe geführt.
Ein erster wichtiger Schritt ist in der Verwendung eines Hochfrequenzfeldes zum Schmelzen des Harzes zu sehen (siehe
insbesondere die französischen Patentschriften 2 149 529, 1 217 351, 2 045 888, 2 186 344 oder die amerikanische Patentschrift
3 377 653).
Insbesondere die Einführung der UHF oder Ultrahochfrequenz C500 bis 300 000 MHz), bei der keinerlei kapazitiver Kreis
notwendig ist und kein Funkendurchschlag erfolgt -dieses Ultrahochfrequenzfeld erregt einen Resonanzraum oder einen
Resonanzwellenleiter (FR-PS der Anmelderin 76 01049 und 76 31899)-ermöglichte die wirtschaftliche Herstellung von
Kunststoffschäumen.
So ermöglicht das gleichzeitige Einführen von Perlen aus
vorexpandierten plastischen oder Kunststoffmaterialien und von Wasser in eine innerhalb eines Resonanzraums befindliche
Form -wie in den oben beschriebenen Patentanmeldungen angegeben-
Bedingungen,die die Bildungvon Dampf "in situ" ermöglichten
u.id die Perlen vollkommen miteinander bei guter Wärmeverteilung
verschweißten.
Dieses Formverfahren hat jedoch einen Nachteil: die verwendeten Formen sind übliche Formen aus für Ultrahochfrequenzbestrahlung
transparenten oder die Strahlung stark absorbierenden Materialien, was zu einem Fehlen in der Homogenität
bei der Erwärmung und zu einem Zuwachs im Energieverbrauch aufgrund dessen führt, daß es notwendig ist, die
Wandungen der Form bei jedem Formvorgang zu erwärmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Formen bzw. Werkzeuge
vorzuschlagen, die besser den Anforderungen der Praxis als bisher bekannte Formen entsprechen, einen besseren
Temperaturgradienten zeitigen und zu einer wesentlichen Energieeinsparung führen,die notwendig ist, um oberflächlich
das in der Form enthaltene Kunststoffmaterial zu schmelzen.
Die Erfindung geht somit aus von einer Vorrichtung zum Formen expandierter Kunststoffe, insbesondere dielektrischer
Materialien durch Ultrahochfrequenz, wobei zugeordnet zu einer Presse und einem Resonanzraum eine Form vorgesehen
ist und zeichnet sich dadurch aus, daß die Form bzw. der Matrizenhohlraum, der in Kontakt mit dem zu formenden
Kunststoffmaterial steht, aus einem Material mit erhöhten dielektrischen Verlusten, das die UHF-Strahlung absorbiert,
besteht, wobei dieses Material insbesondere ein Harz ist, das einen geringen Anteil, vorzugsweise zwischen 1 bis 5 %
etwa an Rußschwarz (noir de carbone) enthält, das die UHF-Strahlung leitet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Form nach der
Erfindung besteht der Formkörper aus einem UHF-Strahlung nicht absorbierenden Material, vorzugsweise einem Fasern
aus reinem SiIiciumdioxyd und/oder Glas mit geringem Verlustwinkel
enthaltenden· Harz.
Zweckmäßig ist dem Formkörper eine Wärmeträgerfluidzirkulation mit geringen dielektrischen Verlusten und hoher
spezifischer Wärme zugeordnet.
Günstig ist es, wenn die Wärmeträgerfluidzirkulation im
Körper der Form angeordnet wird.
Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Wärmeträgerfluidzirkulation im
Körper der Form vorgesehen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung dieser Ausführungsform
ist die Wärmeträgerfluidzirkulation in Form eines Mantels oder einer Verkleidung des Formkörpers realisiert.
Auch kann die Kühlung dej Form durch Zirkulation von Didckluft
gegen ihre -Außenwandungen herbeigeführt werden.
Günstig ist es, wenn die Kühlung durch Pressluftzirkulation
durch Rippen auf den Außenwandungen der Form verstärkt wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können
die mechanischen Teile der Form (wie Injektoren, Abluftkanäle etc.) aus Polytetrafluorethylen (unter dem Handelsnamen
"TEFLON" bekannt) und/oder Glaskeramik gefertigt sein.
Die Form nach der Erfindung wird in einen Resonanzraum gesetzt, der vorzugsweise auf einer Presse angeordnet ist,
von der eine Hälfte fest, die andere Hälfte beweglich ist. |
Solche Anordnungen sind in den genannten Patentanmeldungen S 76 01049 und 76 31899 beschriebene fj
lltllll«
Nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung wird der I feste Teil der Presse über einen von einem UHF-Generator i
gespeisten Wellenleiter erregt, während der bewegliche \
Teil der Presse die Formen aufnimmt. g
Selbstverständlich läsbt sich ohne Schwierigkeiten auch ;■
die umgekehrte Anordnung realisieren. I-
Eine solche Vorrichtung zeichnet sich ^m übrigen dadurch g
aus, daß ein Minimalabstand zwischen Form und Wandung des f Resonanzraums eingehalten werden muß, wobei diese Ent- I*
fernung vorzugsweise wenigstens 65 mm beträgt und daß eine \<
Einrichtung zur Durchwirbelung des elektromagnetischen Feldes am Ausgang des UHF-Leiters in dem Resonanzraum angeordnet
ist, was dazu führt, daß die Bildung stationärer ; Wellen vermieden wird. I
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Formen von Gegenständen aus Kunststoffen in Formen nach der Erfindung.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß gegebenenfalls ein Treibmittel enthaltende Kunststoffmaterialperlen, die gegebenenfalls vorexpandiert sind,
gegebenenfalls gleichzeitig mit einer polaren Flüssigkeit in eine Form nach der Erfindung eingeführt werden, bei der t
es sich gegebenenfalls um eine zweiteilige Form in einer | geeigneten Presse handeln kann und daß die Perlen der ξ
Wirkung einer UHF-Strahlung über eine Dauer von 5 bis 1800 Sekunden ausgesetzt sind, um so zu geformten Gegenständen
aus expandierten Kunststoffen zu führen, welche Wandungen beliebiger Dicke aufweisen, wobei insbesondere
geformte Artikel mit dünnen Wandungen hergestellt werden.
Außer den vorstehenden Ausbildungen umfasst die Erfindung "
weitere Anordnungen, Merkmale und Vorteile, die durch die folgende Beschreibung besser erläutert werden.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Formen für die Herstellung expandierter oder geschäumter Kunststoffe, insbesondere
dielektrischer Materialien entsprechend obigen Vorschriften sowie auf sämtliche Vorrichtungen, Verfahrensabläufe
und Fabrikationsketten für geformte Artikel aus expandierfähigen Kunststoffen, bei denen die Einrichtungen
nach der Erfindung verwirklicht sind und hat auch die mittels Formen und Anordnungen nach der Erfindung geformten Artikel
zum Gegenstand.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun
mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in: |
Fig. 1 ein Detail einer Form nach der Erfindung im Schnitt;
Fig. 2 die schematische Darstellung einer Anordnung zum Formen von Gegenständen aus expandierten Kunststoffen
mit einer Vielzahl von Formen nach der Erfindung; und
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Anordnung zur Herstellung geformter Gegenstände wie
Becher, beispielsweise mit dünnen Wandungen.
Die Erfindung ist jedoch auf die beschriebene Form und Anordnung nicht beschränkt.
Nach Fig. 1, die einen Teilschnitt durch eine Form 4 zeigt, besteht der Matrizenhohlraum 1 aus einem Material, das eine
absorbierende Wandung für UHF-Strahlung darstellt; der Matrizenhöhlraum wird vorzugsweise aus einer Epoxyharzschicht,
die UHF-Strahlung leitendes Rußschwarz enthält,gebildet
(beispielsweise "Vulcan XC 72 R" von CABOT); dieses wird
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dem Harz in einem Anteil von etlichen Gewichts?-, vorzugsweise zwischen etwa 1 und 5 Gewichts^ des Rarzes, zugegeben.
Die Dicke des Formhohlraums wird als Funktion der gewünschten Wärmemenge und damit der Dicke der Wandung des geformten
Artikels eingestellt. Es ist im allgemeinen vorteilhaft, daß die Dicke des den Matrizenhohlraum bildenden Überzugs
zwischen 0,5 und 2 mm beträgt, obwohl sie als Funktion der Bedürfnisse schwanken kann.
Der Formkörper 3 ist vorzugsweise aus einem Epoxyharz hergestellt, dem als Füllstoff Fasern reinen Siliciumoxyds
und/oder von Glas mit geringem Verlustwinkel zugegeben sind (tg^£ 1· 10~4 für die Frequenz f = 2,45 GHz). Die Dicke
des Formkörpers aus Harz, welches mit Fasern aus Siliciumoxyd und/oder Jlas verstärkt ist und UHF-Strahlung nicht
absorbiert, liegt vorzugsweise zwischen 3 und 5 mm unter Berücksichtigung der Formdrücke.
Zur Zirkulation 2 des Wärmeträgerfluids dient beispielsweise
Siliconöl vom Typ 47 V 10 - von Rhöne-Poulenc und
ist im Inneren des Körpers 3 der Form vorgesehen, wobei die Wärmeträgerfluidzirkulation auch in Form eines äußeren Mantels
der Form vorgesehen sein kann.
Die äußere Kühlung der Form erfolgt zweckmäßig mit. Druckluft,
indem man beispielsweise nicht dargestellte Rippen auf die Außenwandungen der Form aufbringt.
Fig. 2 zeigt die schematische Darstellung einer Anordnung zum Formen expandierter Kunststoffe und insbesondere zum
Formen dielektrischer Materialien, wobei vier Formen nach der Erfindung vorgesehen sind.Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung
umfasst eine Presse mit einem beweglichen Teil 6 (beispielsweise durch einen Druckluftzylinder bewegt) sowie
einen festen Teil 7.
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Ein Resonanzhohlraum 11 ist auf dieser Pres'.se zwischen
den Teilen 6 und 7 vorgesehen. Der feste Teil 7 der Presse wird durch einen UHF-Wellenleiter 9 erregt und
durch einen nicht dargestellten UHF-Generator gespeist, während -der bewegliche Teil b einen Teil der Form aufnimmt.
In diesem Resonanzhohlraum 11 sind Formen 4 nach der Erfindung
angeordnet, die auf einem Formträger 12 angeordnet : sind, dessen weitere Rolle darin besteht, für die Einstellung
der Dicke zu sorgen. Eine Einrichtung 10 zur Verwirbelung des UHF-Feldes ist am Ausgang des UHF-Wellenleiters 9
% im Resonanzhohlraum 11 angeordnet, um die Bildung statio-
närer Wellen in Zuordnung zu einem Deflektor 8 zu vermeiden.
I, Das gegebenenfalls aus vorexpandierten Perlen bestehende
Kunststoffmaterial, das gegebenenfalls ein Treibmittel
| enthält, wird über den Materialinjektor 5 in die Formen
t nach der Erfindung eingeführt. Der Injektor 5 zum Einführen
]· des Kunststoffs besteht vorzugsweise aus einem Material
mit geringen dielektrischen Verlusten.
j Jedes expandierbare Kunststoffmaterial kann in der Vorrichtung
; nach der Erfindung geformt werden. Beispielsweise seien
als expandierfähige in der Vorrichtung nach der Erfindung formbare Materialien genannt:Polystyrol; Polyäthylen; Polyurethan
expandierfähiger Art.
Ein Minimalabstand muß zwischen den Formen und der Wandung des Resonanzhohlraums eingehalten werden; der Minimalabstand
kann vorteilhaft bei 65 mm liegen.
Der Fluidwärmeträgerkreis 13 ist vorzugsweise ebenfalls aus einem Material geringen dielektrischen Verlusten hergestellt,
genauso wie der Druckluftkreis 14, der zum Auswerfen
d^r geformten Artikel verwendet wird.
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Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung zeigt ein Beispiel für die Anwendung der Form nach der Erfindung auf Gegenstände
mit dünner Wandung wie Becher 18. Die Perlen aus Kunststoffmaterial werden über den Injektor 15 zwischen die Formhohlräume
1 einer aus zwei Teilen bestehenden Form nach der Erfindung, dem Matrizenteil und dem Patrizenteil 16 und
17 eingeführt, der wie in Fig. 2 dargestellt, in einer Presse angeordnet ist, auf der ein mit UHF-Strahlung gespeister
Resonanzhohlraum angeordnet ist.
Nach dem dargestellten Beispiel haben die Formhohlräume f aus absorbierendem Material eine Dicke von 0,8 mm. Die
gegebenenfalls vorgesehene Speisung mit polarer Flüssigkeit,
beispielsweise Wasser, erfolgt durch bewegliche nicht dargestellte Injektoren, wobei das Formen der Kunststoffe
nach der Erfindung ohne Einführen polarer Flüssigkeit im Falle des Formens von Gegenständen mit dünner Waridung
vorgenommen werden kann. Die Kühlung der Form erfolgt durch Konvektion mittels Druckluft, die vorzugsweise
ebenfalls über bewegliche nicht dargestellte Injektoren eingeführt werden kann.
Beispielsweise ermöglicht eine Anordnung mit 8 karussellförmig
angeordneten Formen und mit 6 Matrizenhohlräumen während eines Arbeitszyklus von 45 Sekunden die Herstellung
j von 3840 Bechern pro Stunde, die etwa 2 g wiegen, wobei
7,6 kg Kunststoff umgeformt werden. Die Mikrowellenleistung Presse plus Vorexpansator liegt bei 2,5 kw.
Die beschriebene Anordnung, bei der die Perlen aus vorzugsweise vorexpandiertem Kunststoff, die gegebenenfalls ein
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Strahlung durchlässig sind, gegebenenfalls gleichzeitig mit einer polaren Flüssigkeit wie Wasser zu Erzeugung von Dampf
"in sit-α", der für das Verschweißen der Perlen notwendig ist,
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eingeführt werden, sorgt für eine gute Verteilung der Wärme aufgrund der Tatsache, daß der mit den Perlen in |
Kontakt kommende Teil der Form, der wie oben angegeben, \ aus einem Material mit relativ hohen dielektrischen Ver- |
lusten besteht, einen Teil der UHF-Energie absorbiert und diese in Form von Wärme durch Leitung an das zu formende
Kunststoffmaterial in dem oder den Formhohlräumen angibt.
So vermeidet die Form nach der Erfindung mit UHF-Strahlung absorbierenden Formhohlräumen die Bildung von Dampfkondensaten
an den Wandungen, was, in Zuordnung zu der Tatsache, daß letzere sehr dünn sind und die UHF-Strahlung absorbieren,
den Kühlzyklus verkürzt, was zu einer beachtlichen Einsparung an Zeit und Energie führt.
Andere Vorteile der Formen nach der Erfindung liegen in der Tatsache, daß ihr Entstehungspreis sehr gering ist;
sie können durch einfaches Gießen hergestellt werden; eine Anordnung von der Karussellbauart kann bei gleichem
Herstellungspreis von Vorrichtung und Form doppelt soviel herstellen, wie es nach bekannten Verfahren (Dampfkessel
♦ bearbeitete Form) möglich ist.
Ein weiterer wichtiger Vorteil nach der Erfindung liegt in der Tatsache, daß die Dauer des Formwechsels erheblich
vermindert wird, da hier eine große Vereinfachung eintritt.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht im übrigen das Formen von Gegenständen mit dünnen Wandungen von ausgezeichneter
Qualität nach dem Verfahren mit sog. "trockenen Wandungen" bei Fehlen einer polaren Flüssigkeit.
In die Beschreibung wurde nur das für die Erfindung als wesentlich Erachtete aufgenommen; alles andere wurde fortgelassen.
Claims (10)
1. Verrichtung zum Formen expandierter Kunststoffe, insbesondere dielektrischer Materialien durch Ultrahochfrequenz
(U.H.F.)-Strahlung, wobei in Zuordnung zu
einer Presse und einem Resonanzhohlraum eine Form vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß diese
Form bzw. dieser Matrizenhohlraum, der mit dem zu formenden K'unststoffmaterial in Berührung steht, aus einem
Material mit erhöhten dielektrischen Verlusten, welches die U.U.F.-Strahlung absorbiert, besteht; und daß das
Material insbesondere aus einem Harz mit einem geringen Anteil, vorzugsweise zwischen I und 5 ° U. II. F. -Strahlung
leitendem Rußschwarz besteht und daß der Körper der Form
ins oine::i U. Si. F. -St rah 1 urm ni.ht absorb i ο renden Material,
inshcsondcrc einem Harz mit Fasern aus reinem Siliciumdioxyd
und/ndor Glas von geringem Vc* r Lustwinke I bestellt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch Zirkulationsausbildungen· (2) für ein Wärmeträgerfluid
von geringen dielektrischen Verlusten und
hoher spezifischer Wärme in Zuordnung zum Formkörper (4) .
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulationsausbildungen (2) des
Wärmeträgerfluids im Formkörper (Fig 1 ; Fig. 2) vorgesehen
sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zirkulation des Wärmeträgerfluids
in Form eines Mantels oder einer Verkleidung des Formkörpers hergestellt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Formkühlausbildungen,
die gegen die Formaußenwandungen gerichtet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch auf den Außenwandungen der Form angeordnete
Rippen zur Unterstützung der Druckluftzirkulation.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die mecahnischen
Teile der Form, insbesondere die Injektoren und Entlüftungen aus Polytetrafluoräthylen und/oder Glaskeramik hergestellt
sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine
Form in dem Resonanzhohlraum angeordnet ist, wobei dieser auf einer Presse mit einem festen Teil und einem beweglichen
Teil (6;7) vorgesehen ist und einer dieser Teile durch einen U.H.F.-Hohlleiter erregbar ist und der andere
Teil den oder die Formen aufnimmt, wobei die Anord-
nung der Formen bezügliche der Wandung des Resonanzhohlraums
derart ist, daß diese sich unter einem bestimmten Minimalabstand zur Wandung des Resonanzhohlraums befinden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Einrichtung (10) zum Durchwirbeln des elektromagnetischen Feldes am Ausgang des Hohlleiters
im Resonanzhohlraum (11) zur Verhinderung der Bildung stationärer Wellen angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10) zum Durchrühren des
elektromagnetischen Feldes räumlich einer Einrichtung zum Leiten der UHF-Strahlung, insbesondere einem Deflektor (8)
im Resonanzhohlraum (10) zugeordnet ist.
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