DE2014667A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Her stellen eines Verbundmatenales - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Her stellen eines Verbundmatenales

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Description

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Firma Ferd. Rath GmbH« 5271 Grünenthal über Gummersbach/Rhld.
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Verbundmateriales
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines insbesondere für Verpackungszwecke bestimmten Verbundmateriales, das aus zwei äußeren Deckschichten aus Papier, Pappe oder ,anderen flächigen Werkstoffen und einer mittleren, zahlreiche Lufteinschlüsse aufweisenden Schicht besteht.
Ein derartiges Verbundmaterial für Verpackungezwecke ist die heutzutage weit verbreitete Wellpappe, die zwischen zwei äußeren Papierschichten eine mittlere gewellte Schicht aus Papier enthält. Well-pappe ist verhältnismäßig preiswert und daher als Packstoff besonders geeignet. Sie besitzt quer zu den Wellen der mittleren Schicht eine hohe Biegesteifigkeit, während die Biegesteifigkeit parallel zu den Wellen.naturgemäß sehr viel geringer ist.
Man hat schon zahlreiche Versuche unternommen, um auch in der Verpackungsindustrie Kunststoffe zum Einsatz zu bringen. Der Ersatz von Wellpappe durch Kunststoffe ist bisher stets daran gescheitert, daß die als Ersatz vorgesehenen Kunststoffbahnen zu kostspielig sind oder die erforderlichen JPestigkeitswerte nicht erreichen. So hat man beispielsweise vorgeschlagen, Papierbahnen durch extrualerte Kunststoffbahnen zu ersetzen.
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Hierdurch werden aber die Raumgewichte der Verpackungsbehälter wesentlich erhöht, und außerdem sind die Kosten derartiger Kunststoffbahnen oder Kunststoffplatten bedeutend höher als die von Wellpappe, so daß Wellpappe heute nach wie vor das bevorzugte Material zum Herstellen von Behältern, Schachteln usw. als billige und preiswerte Verpackung ist.
Man hat auch schon versucht, die mittlere gewellte Schicht der Wellpappe durch extrudierte Schaumstoffe zu ersetzen. Es ist aber bisher nicht gelungen, Schaumstoffe in vergleichsweise wirtschaftlicher Weise gleichmäßig zwischen die äußeren Deckschichten einzubringen. Man hat zwar versucht, aus Schaumstoffblöcken oder Schäumstoffrollen dünne Schichten abzuschneiden oder abzuschälen, welche dann zwischen zwei Papierbahnen eingebracht werden, jedoch wird hierdurch nicht die gewünschte Festigkeit des Endproduktes erzielt, insbesondere weil das Raumgewicht der Schäumstoffschicht an allen Stellen gleich groß ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Möglichkeit zu schaffen, in wirtschaftlicher und wirkungsvoller Weise ein für Verpackungszwecke geeignetes Verbundmaterial, eine sogenannte Schaumpappe herstellen zu können, die im Preis der bekannten Wellpappe gleichkommt, jedoch gegenüber Wellpappe überlegene Eigenschaften aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß auf eine die untere Deckschicht bildende Bahn kontinuierlich eine Schicht aus vorgeschäumtem Kunststoff, vorzugsweise expandierendes Polystyrol, aufgeschüttet, anschließend eine die obere Deckschicht bildende Bahn auf die Kunststoffschicht aufgebracht und das Ganze in einem vorbestimmten Raum auf die Aueschäumtemperatur erhitzt und dann abkühlen gelassen wird. Dabei wird vorzugsweise dem aufzuschäumenden
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Kunststoff vor dem Erhitzen ein Haftmittel zum Halten der Beckschichten beigegeben, so daß der Kunststoff zwischen den beiden Deckschichten aufschäumt und gleichzeitig mit denselben fest verbinden wird.
Durch die Verwendung von vorgeschäumtem Kunststoff als Ausgangsmaterial für die mittlere Schicht des Verbundmateriales ist es möglich, den Ausschäumvorgang kontrolliert und gleichmäßig in stets wiederholbarer Weise durchzuführen, wodurch das vorgeschlagenen Verfahren erst wirtschaftlich wird. Die Zugabe von Haftmittel zum vorgeschäumten Kunststoff vor dem endgültigen Aufschäumvorgang bringt den Vorteil, daß nachträglich keine besonderen Kleber zwischen die aneinander zu befestigenden Schichten eingebracht werden müssen.
Zweckmäßig verwendet man als Haftmittel Hotmelt-Puder, das auf die Innenseite der oberen Bahn aufgetragen und vor dem Aufbringen dieser Bahn auf die aufzuschäumende Kunststoffschicht teilweise an dieser oberen Bahn, zum Haften gebracht wird, was man beispielsweise durch Anschmelzen unter Wärmeeinwirkung oder durch elektrostatisches Besprühen erreicht.
Hotmelt-Puder hat ein höheres Gewicht als der verhältnismäßig leichte vorgeschäumte Kunststoff, so daß dieses Puder in der Kunststoffschicht, welche Vor dem Heizvorgang noch durcheinanderbewegt wird, schnell nach unten fällt. In der Heizzone schmilzt das Hotmelt-Puder bei der Behandlungetemperatur, wodurch die untere Bahn fest mit der aufschäumenden Kunststoffschicht verbunden wird. Da ein !Ceil des Hotmelt-Puders aber an der Innenseite der oberen Bahn bereits hängengeblieben war, wird durch die Behandlungshitze in'der Heizzone auch dieser Teil des Hotmelt-Pudere ale Haftmittel wirksam, denn es erfolgt eine erneute Erweichung und dadurch eine Verbindung zwischen der Oberseite der Schaumstoffschicht und
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der oberen Deckbahn. Gleichzeitig bewirkt das Hotmelt-Puder, daß die Randbereiche der Schäumstoffschicht verfestigt, d.h. zu den Deckschichten hin verdichtet werden, was für die Stabilitäteeigenschaften und die Biegefestigkeit des Endproduktes sehr günstig ist. Der zentrale Bereich der aufgeschäumten Kunststoffschicht enthält hingegen praktisch überhaupt kein Hotmelt-Puder, so daß hier keine zusätzliche Verfestigung stattfindet, was auch nicht notwendig ist, denn der mittlere Bereich der Schaumstoffschicht hat die geringsten Belastungen auszuhalten.
Vorzugsweise wird die aufzuschäumenden Kunststoffschicht nach und nach auf die maximale Ausschäumtemperatur von etwa 95° C erwärmt und dann auch wieder nach und nach auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Der Temperaturanstieg erfolgt zweckmäßig linear, ebenso wie der Temperaturabfall. Die Ausgangstemperatur beträgt etwa 18° C, d.h. entspricht der Raumtemperatur. Eine besondere Klimatisierung der Arbeitsräume ist aber nicht erforderlich, weil das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig von Klimaschwankungen arbeitet.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Zufuhr an vorgeschäumtem Kunststoff entsprechend einem vor der Heizstufe aufgebauten Materialstau reguliert, d.h. unmittelbar vor der Heizstufe ist stets genügend Material vorhanden, um den in der Heizstufe befindlichen Spalt mit aufzuschäumendem Material voll auszufüllen. Der Materialstau wird durch die Transportbewegung der Deckschichten bis zu einem gewissen Grade umgewälzt, wodurch sich das Hotmelt-Puder im vorgeschäumten Material in der gewünschten Weise verteilt. Hat der Materialstau eine bestimmte Menge erreicht, so wird durch einen Fühler od. dgl. die weitere Zufuhr von vorgeschäumtem Kunststoff so lange unterbrochen, bie der Materialstau wieder unter einen bestimmten Pegel gesunken ist.
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Auf jeden Fall wird der Aüssehäumvorgang in einem vorbestimmten Raum durchgeführt, d.h. in einem allseitig begrenzten Baum, so daß man ein Verbundmaterial mit genau definierter Dicke und Festigkeit erhält. Die Herstellungskosten dieses Verbundmateriales sind so günstig» daß sie den Herstellungskosten von Wellpappe gleichkommen oder sogar noch niedriger als diese Kosten liegen.
Weiterhin wird gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zu* Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß sie zwei Ablaufrollen für bahnförmige obere und untere Deckschichten, eine dosierbar arbeitende Schüttvorrichtung für vorgeschäumten Kunststoff, eine Heizvorrichtung und eine einen vorbestimmten Durchgangsspalt bildende Begrenzungseinrichtung zum Festlegen der Abmessungen des Endproduktes aufweist. Diese Begrenzungseinrichtung ist mit der Heizeinrichtung verbunden und bewirkt, daß der Ausschäumvorgang durch äußeren Gegendruck so reguliert wird, daß man ein Verbundmaterial mit über seine gesamte Länge und Breite gleichförmigen Festigkeitseigenschaften erhält. .
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung und den Ansprüchen.
In der Zeichnung ist in Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen von Schaumpappe schematisch dargestellt.
Die Vorrichtung besitzt einen Tisch 1, über den von einer Rolle 2 über eine Umlenkwalze 3 eine Papierbahn 4 geführt wird. Oberhalb des Tisches 1 befindet *ich ein Schütt-Trichtei 5 mit verstellbarer Auslaßklappe 6 zum Aufschütten einer Schicht 7 aus vorgeschäumtem Kunststoff auf die Papierbahn 4. Der vorgeschäumte Kunststoff wird in den Schttt-Trichter 5
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aus einem Lagersilo 8 eingefüllt, in welchem der vorgeschäumte Kunststoff 24 bis 43 Stunden nach dem VorschäumTorgang gelagert worden ist. Der Schaumstoff wird zunächst aus einem Silo 9 ü"ber einen Schneckenförderer 10 in einen mit Wasserdampf arbeitenden Vorschäumbehälter 11 mit eingebautem Rührwerk 12 und Antriebsmotor 13 eingegeben. Nach Beendigung des Vorschäumvorganges verläßt der Kunststoff den Vorschäumbehälter 11 durch einen Auslaß 14 und gelangt durch eine Rohrleitung 15 in den Vorratssilo 8.
Nachdem auf die untere Papierbahn 4 die Schicht 7 aus vorgeechäumtem Schaumstoff aufgeschüttet worden ist, gelangt die derart beschichtete Papierbahn 4 an zwei sich über ihre gesamte Breite erstreckende Walzen 16 und 17, deren Abstand so eingestellt ist, daß ein Teil der aufgeschütteten Kunststoffschicht den durch diesen Abstand bestimmten Dosierspalt 18 nicht passieren kann« Daher baut sich vor den Walzen 16 und 17 ein Materialstau 19 auf, der beispielsweise optisch oder mechanisch abgetastet wird, so daß sich je nach Größe des Materialstaues die weitere Zufuhr von vorgeschäumtem Kunststoff aus dem Schutt-Trichter 5 regulieren läßt.
Von oben wird von einer Rolle 20 eine weitere Papierbahn 21 herangeführt, die über eine Umlenkwalze 22, eine Umlenkung 23 und die Walze 17 geführt wird. Hinter den Walzen 16 und bilden die Papierbahnen 4 und 21 die obere und untere Deckschicht des herzustellenden Verbundmateriales.
Zwischen der Umlenkwalze 22 und der Umlenkung 23 verläuft die obere Papierbahn 21 etwa waagerecht mit der Innenseite nach oben. Diese Innenseite wird von einer oberhalb angeordneten Sprühvorrichtung 24 mit einer dünnen Schicht aus Hotmelt-Puder gleichmäßig bestäubt. Die Umlenkung 23 ist beispielsweise auf eine Temperatur von 200° G erhitzt, so daß ein Teil des Hotmelt-Puderβ beim Passieren an der Papier-
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bahn 21 angeschmolzen wird, während der Rest des Hotmelt-Puders locker auf der Papierbahn 21 liegen bleibt und im Bereich der Walze 17 von der Papierbahn 21 in den vorgeschäumten Kunststoff herabfällt. Innerhalb der Schicht 7 des vorge» schäumten Kunststoffes sinkt das nichtangeschmolzene Hotmelt-Puder schnell nach unten, weil seine Partikel wesentlich schwerer als das leichte vorgeschäumte Kunststoffmaterial sind.
Hinter den Walzen 16 und 17 läuft die aus den beiden Papierbahnen 4 und 21 und der dazwischen angeordneten Sehicht 7 aus vorgeschäumtem Kunststoff bestehende Bahn zwischen zwei Heizplatten 25 und 26 hindurch, welche auf 100 bis 115° 0 erhitzt sind, so daß der vorgeschäumte Kunststoff zwischen diesen Heizplatten linear bis auf etwa 95° C erhitzt wird. Diese maximale Temperatur wird am Ende der Heizplatten 25 und 26 erreicht sein, von wo aus die !Temperatur der nunmehr ausgeschäumten Zwischenschicht wieder linear bis auf Raumtemperatur absinkt. Die Oberfläche der Heizplatten 25 und 26 ist zweckmäßig hochveredelt und vollständig glatt, so daß einerseits ein guter Wärmeübergang gegeben ist, andererseits aber keine oder nur eine geringe Bremswirkung auf die Papierbahnen 4 und 21 ausgeübt wird.
Hinter den Heizplatten 25 und 26 sind zwei endlose Förderbänder 27 und 28 für den Weitertransport des Verbundmateriale vorgesehen. Diese Förderbänder laufen jeweils über endständige Umlenkrollen 29 und 3OmIt verhältnismäßig großem Durchmesser, so daß das am fertigen Verbundmaterial anliegende !Drum jedes dieser 78rderbänder27 und 28 auf seiner gesamten Länge durch eine zusätzliche Stützeinrichtung 31 den Ausschäumdruok des Verbundmateriales abfangen kann. Diese Stützeinrichtung besteht beispielsweise aus einem umlaufenden endlosen Rollgang 32, der aus einzelnen, zwischen endständigen
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Ketten drehbar gelagerten Rollen 33 und einer mittleren Stützplatte 34 aufgebaut ist. -Bei extrem niedrigen Raumgewichten der Kunststoffschicht und damit bei sehr niedrigem Ausschäumdruck genügt es jedoch, als Stützeinrichtung starr gelagerte !Führungsrollen oder sogar Platten mit glatter Oberfläche zu verwenden, wenn man eine gewiese erhöhte Reibung in Kauf nehmen kann.
Hinter den Förderbändern 27 und 28 läuft das nimmehr fertige Verbundmaterial 35 über einen weiteren Tisch 36 mit etwas konvex gewölbter Oberfläche und gelangt schließlich zu einem Quer- und Längsschneider 37» der von der Bahn des Verbundmftteriales 35 einzelne Platten abschneidet, welche in einem Stapel 38 zusammengetragen werden.
Das Endprodukt kann jede beliebige Dicke besitzen und ist achon deshalb geeignet, alle bekannten Wellpappen zu ersetzen. Auch besitzt die mittlere Verbundschicht ein sehr niedriges Raumgewicht von bis zu 20 lg/m . Derartige Raumgewichte sind mit extrudierten Kunststoffplatten überhaupt nicht zu erreichen und auch bei Wellpappen nicht ohne weitere« erzielbar.
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Claims (1)

  1. Pat entanspräche;
    Verfahren zum Herstellen eines insbesondere für Verpackungszwecke bestimmten Verbundmateriales, das aus zwei äußeren Deckschichten aus Papier, Pappe oder anderen flächigen Werkstoffen und einer mittleren, vläe Lufteinschlüsse aufweisenden Schicht besteht, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine die untere Deckschicht bildende Bahn kontinuierlich eine Schicht aus vorgeschäumtem Kunststoff aufgeschüttet, anschließend eine die obere Deckschicht bildende Bahn auf die Kunststoffschicht aufgebracht und das Ganze in einem vorbestimmten Raum auf die Ausschäumtemperatur erhitzt und dann abkühlen gelassen wird.
    Verfahren nach Anspruch 1, d ad urch gekenn zeichnet, daß als vorgeschäumter Kunststoff expandierendes Polystyrol verwendet wird..
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem aufzuschäumenden Kunststoff vor dem Erhitzen ein Haftmittel zum Halten der Deck schichten beigegeben wird.
    Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Haftmittel auf die Innenseite der oberen Bahn Hotmelt-Puder aufgetragen und vor dem Aufbringen dieser Bahn auf die aufzuschäumende Kunststoffschicht zum teilweise Haften an dieser Bahn gebracht wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufzuschäumende Kunststoffauf
    schicht nach und nach/die notwendige Aueschäumtemperatur
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    erwärmt wird.
    6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr an vorgeschäumtem Kunststoff entsprechend einem vor der Heizstufe aufgebauten Materialstau reguliert wird.
    7. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß sie zwei Ablaafrollen (2, 20) für bahnförmige obere und untere Deckschichten (4·, 21), eine dosierbar arbeitende Schüttvorrichtung (5, 6) für vorgeschäumten Kunststoff, eine Heizvorrichtung (25, 26) und eine einen vorbestimmten Durchgangsspalt bildende Begrenzungseinrichtung (16, 17) zum Festlegen der Abmessungen des Endproduktes (35) aufweist.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Einrichtung (24) zum Aufstäuben von Hotmelt-Fuder auf die Innenseite der oberen Deckschicht-Bahn (21) aufweist.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß hinter der Aufstiab-Einrichtung (24) eine Heizung (23) für die obere Deckschicht-Bahn (21) zum Anschmelzen eines feiles dee aufgestäubten Fuders vorgesehen ist.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Heizvorrichtung aus zwe in einem bestimmten Abstand gegenüberliegenden flachen Hetzplatten (25, 26) mit glatter Oberfläche besteht.
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    11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß im Anschluß an die Heizplatten (25t 26) ein doppelseitiges, über seine gesamte Länge gestütztes Transportband (27, 28) zum Führen des bahnförmigen Produktes (35) unter gleichzeitiger Begrenzung seiner Dickenausdehnung vorgesehen ist.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß jedes einzelne Tränsportband. (27, 28) aus einem über endständige Rollen (29, 30) laufenden Förderband besteht, das zwischen den endständigen Rollen mittels Platten (34) und/oder einem umlaufenden Rollgang (32) gegen die geschichtete Materialbahn (35) abgestützt iit.
    13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttvorrichtung (5) für den aufzuschäumenden Kunststoff eine verstellbare Auslaßöffnurig (6) aufweist, die über einen Fühler steuerbar ist, welcher entsprechend der Größe des sich vor den Heizplatten (25, 26) aufbauenden Materialstaues (19) arbeitet.
    14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Heiz- und Transporteinrichtung (25 bis 34) Quer-* und Längsschneider (37) angeordnet sind.
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