DE102005042380A1

DE102005042380A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Schaummaterials

Info

Publication number: DE102005042380A1
Application number: DE102005042380A
Authority: DE
Inventors: Frank Jones; Marcel Puffe
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2007-03-08
Also published as: US7597931B2; US20070051832A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Schaummaterials, umfassend: eine Gaszufuhrleitung, die an einem ersten Ende mit einer Gasquelle verbindbar ist, eine Materialzufuhrleitung, die an einem ersten Ende mit einer Materialquelle verbindbar ist, eine Materialfördervorrichtung, die mit einem zweiten Ende der Materialzufuhrleitung verbunden ist und eine Mischvorrichtung, in welche Material und Gas einleitbar ist und darin miteinander vermischbar ist und aus der ein homogen vermischter Schaum aus einer Ausgabeöffnung ausgebbar ist. Die Erfindung verbessert die Homogenität des erzeugten Schaums und erweitert den Bereich des produzierbaren Schaums um homogene Schäume mit sehr hohem Luftanteil, indem eine Schaumfördervorrichtung (40), die einlassseitig mit der Materialfördervorrichtung und der Gaszufuhrleitung und auslassseitig mit der Mischvorrichtung verbunden ist, vorgesehen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Schaummaterials, umfassend: eine Gaszufuhrleitung, die an einem ersten Ende mit einer Gasquelle verbindbar ist, eine Materialzufuhrleitung, die an einem ersten Ende mit einer Materialquelle verbindbar ist, eine Materialfördervorrichtung, die mit einem zweiten Ende der Materialzufuhrleitung verbunden ist, eine Mischvorrichtung, in welche Material und Gas einleitbar ist und darin miteinander vermischbar ist und aus der ein homogen vermischter Schaum aus einer Ausgabeöffnung ausgebbar ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen eines Schaummaterials, mit den Schritten: Zuführen eines Gases aus einer Gasquelle, Zuführen eines Materials aus einer Materialquelle, Fördern des Materials mittels einer Materialfördervorrichtung, Mischen des Gases und des Materials in einer Mischvorrichtung, und Abgeben eines Schaums aus der Mischvorrichtung.

Eine Vorrichtung und ein Verfahren der vorgenannten Art sind aus EP 0 428 873 B1 bekannt. Vorrichtungen und Verfahren dieser Art dienen dazu, aus einem flüssigen, beispielsweise schmelzflüssigen Material und einem Gas, wie beispielsweise Luft, einen Schaum zu bilden, in dem das Material und das Gas intensiv miteinander vermischt werden. Solcherart hergestellte Schäume werden für eine Vielzahl von Anwendungen benötigt, beispielsweise als Klebstoffschäume, Schaumdichtungen, Schaumverpackungsmaterial oder Ähnliches.

Ein wichtiger Aspekt bei diesen Vorrichtungen und Verfahren ist es, dass ein möglichst homogener Schaum erzielt wird, d.h. ein Schaum der einerseits eine Porengröße aufweist, die in einem vorbestimmten Bereich liegt und der diesen Porengrößenbereich in allen Schaumbereichen einhält. Oftmals wird angestrebt, eine möglichst kleine Porengröße zu erzielen und möglichst viele Poren pro Schaumvolumeneinheit im Schaum vorliegen zu haben. EP 0 428 873 B1 schlägt hierzu ein System vor, bei dem der Durchfluss des Flüssigmaterials mit einer Durchflussmessvorrichtung gemessen wird, der Gasdurchfluss mittels einer Gasdurchflussmessvorrichtung gemessen wird, diese beiden Signale miteinander verglichen werden und aus vorgegebenen Sollwertdaten ein Sollgasgehalt ermittelt wird, der durch Berechnung und Einstellung eines Differenzgaswertes angestrebt wird. Dieses System kann zwar für eine Reihe von Schaumsorten eine zufriedenstellende Schaumqualität erzielen, jedoch weist das System eine aufwendige Steuerungstechnik auf, die zudem eine geringe Systemvariabilität bedingt.

Aus EP 0 651 677 B1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen von Schaumbeschichtungen bekannt, bei dem angestrebt wird, die Schaumqualität dadurch zu erhöhen, dass in einem Auftragskopf dem Schaum von beiden Seiten zusätzliche erwärmte Luft seitlich zugeführt wird und dadurch eine zusätzliche Vermischung erzielt wird. Mit dieser zusätzlichen Luftzufuhr kann einerseits der Auftragsbeginn und das Auftragsende besser gesteuert werden, andererseits wird die Qualität des Schaums selbst verbessert. Die Vorrichtung und das Verfahren aus EP 0 651 677 B1 weisen jedoch den Nachteil auf, dass eine verhältnismäßig aufwendige konstruktive Ausführung des Schaumauftragskopfs erforderlich ist und zudem die Variabilität der Vorrichtung im Hinblick auf unterschiedliche Schaumarten und Schaumzusammensetzungen begrenzt ist.

Aus EP 0 220 450 B1 ist schließlich ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufschäumen hochviskoser Polymermaterialien bekannt, bei dem/der eine Flüssigkeit und ein Gas in einer Mischvorrichtung miteinander vermischt werden, die zwei rotierende Wellen mit daran angeformten Mischelementen umfasst. Diese Mischvorrichtung kann zwar einen homogenen Schaum erzielen, weist jedoch den Nachteil auf, dass insbesondere der Beginn und das Ende der Schaumbildung mit einer Beeinträchtigung der Schaumqualität einhergehen und zudem die Variabilität des Systems im Hinblick auf verschiedene Betriebsarten, Schaumarten und Schaumzusammensetzung gering ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welches eine höhere Variabilität bei der Herstellung bzw. dem Auftragen von Schaummaterial aufweist und gleichzeitig eine zumindest gleichbleibende, vorzugsweise höhere Schaumqualität auch bei hohem Gasanteil als bekannte Systeme erzeugen kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die durch eine Schaumfördervorrichtung, die einlassseitig mit der Materialfördervorrichtung und der Gaszuführleitung und auslassseitig mit der Mischvorrichtung verbunden ist, fortgebildet ist.

Durch die Schaumfördervorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine wesentlich variablere Gestaltung der Förderraten von Material, Schaum und Gas erreicht und hierdurch wird es ermöglicht, dass einerseits die Schaumqualität durch besser aufeinander abgestimmte Förderraten erhöht wird und andererseits die erfindungsgemäße Vorrichtung mit unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben werden kann, um beispielsweise eine gleichbleibende Schaumqualität bei Beginn, Ende und zwischenzeitlicher Unterbrechung des Schaumerzeugungsvorgangs zu erzielen. So ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise in einfacher Weise den Bypassbetrieb und kann darüber hinaus den Anteil von Gas im erzeugten Schaummaterial in einem sehr weiten Bereich variieren, ohne dabei die Schaumqualität negativ zu beeinflussen.

Dabei kann die Schaumfördervorrichtung in verschiedener Weise ausgebildet sein und beispielsweise als kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitende Pumpe ausgestaltet sein. Die Schaumfördervorrichtung kann einlassseitig mit einer separaten Materialleitung und einer separaten Gasleitung verbunden sein. Alternativ können Gas und Material bereits vor der Einlassseite der Schaumfördervorrichtung zusammengeführt werden und dann in einer gemeinsamen Leitung der Schaumfördervorrichtung zugeführt werden.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform ist fortgebildet durch eine erste Rückführleitung, die an einem ersten Ende mit der Ausgabeöffnung und an einem zweiten Ende mit der Einlassseite der Schaumfördervorrichtung in Verbindung steht, um Schaum aus der Mischvorrichtung in die Schaumfördervorrichtung zu leiten. Die Rückführleitung kann sich entweder direkt vom auslassseitigen Ende der Mischvorrichtung erstrecken und zur Einlassseite der Schaumfördervorrichtung führen. In vielen Fällen ist es jedoch vorteilhaft, die Rückführleitung mit einem Schaumauftragskopf zu verbinden, der mit der Auslassseite der Mischvorrichtung in Verbindung steht und auf diese Weise Schaum von der Mischvorrichtung durch den Schaumauftragskopf über die Rückführleitung zu der Einlassseite der Schaumfördervorrichtung zu leiten. Die Rückführleitung kann dabei entweder direkt in die Schaumfördervorrichtung münden oder in eine Leitung münden, die beispielsweise bereits Material, Gas oder beides in die Schaumfördervorrichtung leitet.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Gasventilvorrichtung zum Regeln oder Steuern der Gasflussmenge durch die Gaszufuhrleitung bereitgestellt wird. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass die zugeführte Gasmenge pro Zeiteinheit geregelt oder gesteuert wird, um hierdurch die Schaumzusammensetzung und – qualität beeinflussen zu können. Bei der Gasventilvorrichtung kann es sich vorzugsweise um ein mit einem Aktuator betätigtes Ventil handeln, dessen Durchflussquerschnitt von einer voll offenen zu einer voll geschlossenen Stellung in möglichst mehreren Stufen, vorzugsweise stufenlos mittels des Aktuators verstellt werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Fortbildung umfasst eine Drosselvorrichtung, die in Schaumflussrichtung hinter dem Auslassende der Schaumfördervorrichtung angeordnet ist. Eine solche Drosselvorrichtung kann beispielsweise in Form einer Messblende bereitgestellt werden, die in eine Schaumtransportleitung hinter der Mischvorrichtung eingesetzt ist. Eine solche Messblende kann beispielsweise hinsichtlich ihrer geometrischen Abmessungen an verschiedene Schaumqualitäten angepasst werden. Weiterhin ist es oftmals vorteilhaft, wenn die Drosselvorrichtung in Form einer manuell oder automatisch verstellbaren Ventildrossel besteht, die den Querschnitt der Schaumförderleitung in einem bestimmten, einstellbaren Verhältnis verengt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Druckmessvorrichtung zum Messen des Drucks hinter dem Auslassende der Schaumfördervorrichtung bereitgestellt wird. Der Druck hinter dem Auslassende der Schaumförderpumpe ist eine geeignete Messgröße, um die Schaumqualität, insbesondere die Viskosität des Schaums zu ermitteln. Anhand dieser Messgröße kann dann eine Einstellung der Verfahrensparameter der unterschiedlichen Vorrichtungsteile erzielt werden, um eine bestimmte Schaumqualität zu erzielen.

Bei den beiden vorgenannten Fortbildungen ist es insbesondere bevorzugt, dass die Druckmessvorrichtung ausgebildet ist, um den Druck vor und/oder hinter der Drosselvorrichtung zu bestimmen, insbesondere um den Differenzdruck über der Drosselvorrichtung zu bestimmen. Der Differenzdruck über der Drosselvorrichtung oder der Druck vor und/oder hinter der Drosselvorrichtung lässt sich besonders gut dazu verwenden, um die Schaumqualität, insbesondere die Viskosität und unterschiedliche Eigenschaften des Schaums zu bestimmen und hiermit die Verfahrensparameter der anderen Vorrichtungsteile anzusteuern.

Weiterhin kann bei diesen Fortbildungen bevorzugt die Druckmessvorrichtung einen ersten Drucksensor zum Bestimmen des Drucks vor der Drosselvorrichtung und eine zweiten Drucksensor zum Bestimmen des Drucks hinter der Drosselvorrichtung umfassen. Diese Art der Ausbildung der Druckmessvorrichtung stellt eine besonders robuste und kostengünstige Methode dar, um den Druck vor und hinter der Drosselvorrichtung zu ermitteln. Insbesondere kann aus diesen Daten in einfacher Weise der Differenzdruck über der Drosselvorrichtung berechnet werden.

Bei den zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen mit Gasventilvorrichtung und mit Druckmessvorrichtung ist es insbesondere bevorzugt, wenn eine Steuerungsvorrichtung bereitgestellt wird, die ausgebildet ist, um das Signal der Druckmessvorrichtung zu verarbeiten und die Gasventilvorrichtung anzusteuern, um einen Gasfluss durch die Gaszufuhrleitung einzustellen und so eine bestimmte Viskosität des Schaums hinter der Auslassseite der Schaumfördervorrichtung zu erzielen. Eine solche Steuerungsvorrichtung erlaubt es in besonders zuverlässiger Weise, eine bestimmte Schaumqualität, insbesondere Schaumviskosität des erzeugten Schaums einzustellen und kann besonders schnell und zuverlässig auf äußere Einflüsse, wie Druckänderungen, Änderungen der Qualität des Materials, der Temperatur, des Gegendrucks oder Ähnlichem reagieren.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ausgebildet, um Schäume mit unterschiedlichen Gasanteilen von 0% (= ungeschäumtes Material) bis 95%, insbsondere 60%-95% herzustellen. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Schaumfördervorrichtung ausgebildet ist, um einen größeren Volumenstrom zu fördern als die Materialfördervorrichtung, insbesondere einen etwa doppelt so großen Volumenstrom. Es hat sich gezeigt, dass die Volumenförderraten der Schaumfördervorrichtung und der Materialfördervorrichtung einen wesentlichen Einfluss auf die Schaumqualität haben. Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn die Schaumfördervorrichtung mehr Volumen fördert als die Materialfördervorrichtung, wobei das Verhältnis dieser Förderraten abhängig von der Art des zu erzeugenden Schaums, des Ausgangsmaterials und des Ausgangsgases ist.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine zweite Rückführleitung bereitgestellt wird, die an einem ersten Ende mit der Ausgabeöffnung verbunden ist und an einem zweiten Ende mit einer Materialquelle verbindbar ist, insbesondere auf einem solchen Niveau, dass das zweite Ende in den luftgefüllten oberen Bereich der Materialquelle mündet. Die zweite Rückführleitung kann vorzugsweise durch ein steuerbares Ventil verschlossen und geöffnet werden. Die Verbindung mit der Ausgabeöffnung kann vorzugsweise auch über einen Auftragskopf bereitgestellt werden. Über diese zweite Rückführleitung kann die Materialfördervorrichtung auf einfache Weise im Standbybetrieb betrieben werden und fördert hierbei das Material aus der Materialquelle unmittelbar in die Materialquelle zurück. Dieser Standbybetrieb ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Qualität des Schaums von Beginn an zuverlässig eingestellt werden soll oder diese Qualität bei vorübergehendem Stopp der Nachfrage nach erzeugtem Schaum aufrechterhalten werden soll. Diese Rückführleitung ermöglicht es, dass in den vorgenannten Fällen die Materialfördervorrichtung nicht gestoppt werden muss, sondern weiter betrieben werden kann und auf diese Weise die Qualität aufrechterhalten bzw. hergestellt wird.

Die Rückführleitung ermöglicht darüber hinaus einen Spülvorgang der Anlage, wenn von einer Schaumqualität auf eine andere Schaumqualität gewechselt wird. Hierzu wird die Schaumabgabe gestoppt und die Materialfördervorrichtung und die Mischvorrichtung betrieben, sodass durch die Rückführleitung direkt in de Materialquelle gefördert wird. Diese Zirkulation wird solange aufrechterhalten, bis die Anlage durchweg mit der neuen Schaumqualität (beispielsweise einem Schaum mit geringerem oder höherem Gasanteil) gefüllt ist und die Schaumabgabe wieder gestartet werden kann.

Weiterhin ermöglicht die Rückführleitung, dass bei einem längeren Stopp der Schaumabgabe aus der Anlage ein Weiterbetrieb der Materialfördervorrichtung möglich ist, ohne dass es zu einer kritischen Druckerhöhung in der Anlage kommt. Hierzu wird die Rückführleitung geöffnet, wenn die Schaumabgabe für eine gewisse Zeitspanne geschlossen ist und so die Rückführung des zugeführten Materials ermöglicht.

Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Materialfördervorrichtung als Zahnradpumpe ausgebildet ist und durch einen Motor angetrieben wird. Eine Zahnradpumpe ermöglicht über einen weiten Bereich eine proportional im Verhältnis zur Drehzahl stehende Förderrate und kann daher für die erforderliche Steuerung oder Regelung besonders vorteilhaft eingesetzt werden.

Weiterhin ist es bei der vorgenanten Ausführungsform mit Gasventilvorrichtung vorteilhaft, wenn die Materialfördervorrichtung Mittel zur Erzeugung eines drehzahlabhängigen Steuersignals umfasst und eine Steuervorrichtung ausgebildet ist, um dieses Steuersignal zu verarbeiten und die Gasventilvorrichtung anzusteuern, um einen Gasfluss durch die Gaszufuhrleitung einzustellen und so eine bestimmte Viskosität des Schaums hinter der Auslasseite der Schaumfördervorrichtung zu erzielen. Bei dieser Ausführungsform wird es ermöglicht, dass der Gasfluss in Abhängigkeit des Materialflusses gesteuert oder geregelt wird und hierdurch eine besonders herausragende Schaumqualität auch dann erzielt werden kann, wenn die Nachfrage nach dem erzeugten Schaum schwankt und die erfindungsgemäße Vorrichtung folglich in zeitlichen Abständen unterschiedliche Mengen an Schaum pro Zeiteinheit erzeugen muss.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Schaumauftragsvorrichtung umfassend: einen Schaumauftragskopf mit einer Schaumzutrittsöffnung und mindestens einer Schaumauftragsöffnung, bei der die Schaumzutrittsöffnung mit der Auslassseite einer Mischvorrichtung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche verbunden ist. Diese Schaumauftragsvorrichtung ermöglicht es, dass die erfindungsgemäßen Vorteile der Schaumerzeugungsvorrichtung, wie zuvor beschrieben, vorteilhaft verwendet werden für einen Schaumauftragsvorgang.

Dabei kann die erfindungsgemäße Schaumauftragsvorrichtung weiter fortgebildet werden durch eine Schaumdurchlauföffnung, die mit dem ersten Ende der zuvor beschriebenen Rückführleitung verbunden ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass die erfindungsgemäße Schaumauftragsvorrichtung in einem Bypassbetrieb betrieben wird, bei dem wenig oder kein Material aus der Schaumauftragsöffnung abgegeben wird und stattdessen das erzeugte Schaumauftragsmaterial durch die Schaumdurchlauföffnung wieder der Schaumfördervorrichtung zugeführt wird und hierdurch zirkuliert. Dies ermöglicht, dass weder die Materialfördervorrichtung noch die Schaumfördervorrichtung gestoppt werden muss, wenn der Schaumauftragsvorgang unterbrochen werden muss, sondern diese beiden Fördervorrichtungen stattdessen weiterlaufen und so eine gleichbleibende Schaumqualität auch bei Unterbrechung des Auftragsvorgangs erhalten bleibt. Diese Fortbildung ist weiterhin vorteilhaft, wenn bereits zu Beginn eines Schaumauftragsvorgangs eine hohe Qualität erzielt werden soll. In einem solchen Fall wird zunächst der Schaum in Bypassstellung durch die Schaumdurchlauföffnung gefördert, bis sich eine konstante und zufriedenstellende Schaumqualität in diesem Bypassbetrieb eingestellt hat und hiernach wird der Schaumauftragsvorgang gestartet.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem das Gas und das Material vor oder in einer Schaumfördervorrichtung zusammengeführt werden und mittels der Schaumfördervorrichtung zur Mischvorrichtung gefördert werden. Durch die Zusammenführung des Gases und des Materials vor oder in einer Schaumfördervorrichtung und die zusätzliche Förderung dieses Materials mit der Schaumfördervorrichtung wird die Variabilität des Verfahrens erhöht und zudem die Schaumqualität in einem weiten Bereich verbessert oder zumindest auf gleichem Niveau gehalten, wie im Stand der Technik.

Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Schaum zumindest teilweise über eine Rückführleitung aus der Mischvorrichtung in die Schaumfördervorrichtung geleitet wird. Dies ermöglicht einen Bypassbetrieb, um die Schaumqualität vor Produktionsbeginn oder bei Produktionsunterbrechungen konstant zu halten.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Gasfluss mittels einer Gasventilvorrichtung gesteuert oder geregelt wird. Die Steuerung oder Regelung des Gasflusses kann bei vielen Schaumarten besonders einfach zur Einstellung einer bestimmten Schaumqualität, insbesondere -viskosität eingesetzt werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Schaum hinter der Schaumfördervorrichtung gedrosselt wird. Dies kann zu einer weiteren Stabilisierung des Verfahrens genutzt werden und zudem die Schaumqualität erhöhen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter fortgebildet werden, indem der Schaumdruck hinter der Schaumfördervorrichtung, vorzugsweise der Differenzdruck über einer Drosselvorrichtung hinter der Schaumfördervorrichtung gemessen wird. Diese Druckmessung ermöglicht es, die so ermittelten Signale für eine Steuerung oder Regelung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu nutzen. Diese Steuerung oder Regelung kann sich dabei auf unterschiedliche Verfahrensschritte beziehen und kann beispielsweise eine Steuerung oder Regelung der Materialfördervorrichtung, der Gasventilvorrichtung oder einer Kombination davon beinhalten.

Insbesondere ist es dabei bevorzugt, dass der gemessene (Differenz-)druck einer Steuer- oder Regelvorrichtung zugeführt wird, die eine Gasventilvorrichtung so ansteuert dass der Gasfluss so eingestellt wird, dass eine bestimmte Qualität, insbesondere Viskosität des Schaums hinter der Auslasseite der Schaumfördervorrichtung erzielt wird. Dies ermöglicht eine besonders wirksame und schnell reagierende Steuerung oder Regelung der Qualität, insbesondere Viskosität des Schaums.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der geförderte Schaumvolumenstrom größer ist als der geförderte Materialvolumenstrom, insbesondere etwa doppelt so groß. Die Förderraten von Schaum und Material können in ihrem Verhältnis zueinander die Schaumqualität maßgeblich beeinflussen und eignen sich daher besonders gut für die Erzielung bestimmter Schaumqualitäten.

Es ist bevorzugt, wenn das Material zumindest teilweise von der Ausgabeöffnung der Mischvorrichtung zu einer Materialquelle zurückgeleitet wird, insbesondere zu einem solchen Niveau, dass das Material in den luftgefüllten oberen Bereich der Materialquelle mündet. Diese Zurückleitung kann vorzugsweise auch durch einen Auftragskopf erfolgen. Auf diese Weise wird ein Bypassbetrieb der Materialfördervorrichtung erreicht, der einerseits auch bei Unterbrechung der Schaumnachfrage einen Weiterbetrieb der Materialfördervorrichtung ermöglicht und folglich eine besonders gute Schaumqualität in solchen Fällen erzielt, andererseits auch eine Spülung der Anlage bei gewünschter Umstellung der Schaumqualität ermöglicht.

Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren fortgebildet werden, indem die Materialfördervorrichtung ein drehzahlabhängiges Steuersignal erzeugt, dass einer Steuervorrichtung zugeführt wird, die dieses Steuersignal verarbeitet und dazu verwendet, eine Gasventilvorrichtung anzusteuern, um einen Gasfluss durch die Gaszufuhrleitung einzustellen und so eine bestimmte Viskosität des Schaums hinter der Auslassseite der Schaumfördervorrichtung zu erzielen. Durch diese Fortbildung wird eine besonders wirksame Steuerung oder Regelung der Schaumherstellung erzielt, die einerseits auf unterschiedliche Nachfragemengen nach erzeugtem Schaum schnell und mit gleichbleibender Schaumqualität reagieren kann und andererseits besonders gut auf Schwankungen der äußeren Bedingungen, wie beispielsweise Materialqualität, Materialtemperatur, Gasdruck, Gastemperatur, reagieren kann.

Ein weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Verfahren zum Auftragen eines Schaums auf ein Substrat, mit den Schritten Zuführen des Schaums zu einem Schaumauftragskopf, Abgeben des Schaums aus mindestens einer Auftragsöffnung des Schaumauftragskopfes auf das Substrat, bei dem der Schaum mit einem Verfahren der zuvor beschriebenen Weise erzeugt wird. Dieses Auftragsverfahren ermöglicht es in besonders vorteilhafter Weise, einen Auftragsvorgang von Schaummaterial besonders konstanter Qualität durchzuführen.

Dabei kann das erfindungsgemäße Schaumauftragsverfahren fortgebildet werden, indem der Schaum vom Schaumauftragskopf zumindest teilweise zur Einlassseite der Schaumfördervorrichtung geleitet wird. Dies ermöglicht einen Bypassbetrieb der Schaumauftragsvorrichtung, bei dem der Schaumauftragskopf von Schaummaterial durchflossen wird und folglich vor einem Schaumauftragsbeginn oder bei einer Schaumauftragsunterbrechung die Schaumqualität durch den Bypassbetriebe konstant gehalten werden kann und der Ausschuss an Schaum reduziert werden kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der beiliegenden Figur beschrieben. Diese Figur zeigt eine schematische Darstellung der Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die dargestellte Vorrichtung umfasst eine Materialquelle 10, in der ein flüssiges Auftragsmaterial in erwärmtem, schmelzflüssigem Zustand aufbewahrt wird.
Die Materialquelle 10 ist über eine erste Verbindungsleitung 11 mit einer Materialförderpumpe 20 verbunden, die das Material aus der Materialquelle 10 in eine zweite Verbindungsleitung 21 fördert.
Aus der zweiten Verbindungsleitung 21 tritt das geförderte Material in einen dritten Verbindungsleitungsabschnitt 22 ein und wird an einem T-Stück 23 mit Luft aus einer Luftzuführleitung 31 vermengt.
Die Luft, die über die Luftzuführleitung 31 dem T-Stück 23 zugeführt wird, wird hinsichtlich ihres Volumenstroms durch ein Luftsteuerungsventil 30 geregelt und ist an das T-Stück 23 mit einem Rückschlagventil 32 angeschlossen, welches verhindert, dass Material aus dem Leitungsabschnitt 22 in die Luftzuführleitung 31 gedrückt wird. Ein geregeltes Drosselventil 33 stellt einen konstanten Eingangsdruck für die Luftsteuerungsvorrichtung 30 bereit.
Die vermengte Luft/Materialmasse wird über einen vierten Verbindungsleitungsabschnitt 24 einer Schaumförderpumpe 40 zugeführt, die das Luft/Materialvolumen an ihrer Auslassseite in einen fünften Verbindungsleitungsabschnitt 41 fördert, der in eine Mischvorrichtung 50 mündet.
Die Mischvorrichtung 50 ist ein Rotationsmischer, in der die Luft/Materialmenge homogen miteinander vermischt wird, beispielsweise in der Art, wie in EP 0 220 450 B1 beschrieben. Hierzu wird Bezug genommen auf EP 0 220 450 B1 , insbesondere die dort beschriebene Scheibenmischvorrichtung gemäß Spalte 4, Zeile 21 bis Spalte 5, Zeile 51 sowie die 2-4 mit den zugehörigen Beschreibungsteilen.
Aus der Mischvorrichtung wird das homogen vermischte Schaummaterial durch einen sechsten Leitungsabschnitt 51 einer Drossel 60 zugeführt. In Schaumströmungsrichtung vor und hinter der Drossel 60 sind Druckssensoren 71,72 einer Druckmessvorrichtung 70 angeordnet, die den Differenzdruck über die Drossel 60 aufnehmen.
Die Drucksensoren 71,72 sind mit einer Steuerungsvorrichtung (nicht dargestellt) verbunden, um ihr Druckmesssignal an diese Steuerungsvorrichtung zu übermitteln. Die Steuerungsvorrichtung ist mit der Gasventilvorrichtung 30 verbunden, um in Abhängigkeit der Druckmesssignale der Drucksensoren 71,72 den Zufuhrvolumenstrom des Gases durch die Leitung 31 zu regeln.
Hinter der Drossel 60 wird das homogen vermischte Schaummaterial durch einen weiteren Leitungsabschnitt 61 und eine flexible Schlauchleitung 81 zu einem Schaumauftragskopf 80 gefördert. Der Schaumauftragskopf 80 umfasst eine Vielzahl von Schaumauftragsdüsen 82a, b, c, .... aus denen das Schaumauftragsmaterial auf ein Substrat abgegeben wird, das unter den Auftragsöffnungen dieser Schaumauftragsdüsen entlang läuft.
Der Schaumauftragskopf 80 weist weiterhin eine Durchlauföffnung 83 auf, die mit einem flexiblen Schlauchabschnitt 84 verbunden ist. Der flexible Schlauchabschnitt 84 mündet in ein Sperrventil 85, das mit einem Leitungsabschnitt 86 verbunden ist. Der Leitungsabschnitt 86 mündet zwischen dem zweiten und dritten Leitungsabschnitt 21 bzw. 22 in die Förderleitung zwischen der Materialförderpumpe 20 und dem T-Stück 23, bei dem Luft zugeführt wird. Über die Schlauchleitung 84 und den Leitungsabschnitt 86 kann der Schaum durch Betrieb der Schaumförderpumpe 40 zirkuliert werden, ohne dass Schaum aus den Schaumauftragdüsen 82a, b, c, abgegeben wird.
Zusätzlich ist das Sperrventil 85 mit einer flexiblen Schlauchleitung 12 versehen, die mit dem Schlauchabschnitt 84 verbunden ist und über ein Ventil 13 in den oberen, luftgefüllten Teil der Materialquelle 10 mündet. Über diese Schlauchleitung 12 kann das Material bei Betrieb der Materialförderpumpe 20 durch die gesamte Anlage zirkuliert werden, ohne dass ein kritischer Druckanstieg in der Anlage erzielt wird, wenn aus den Schaumauftragsdüsen 82a, b, c, ... kein Schaum abgegeben wird. Hierzu wird das Ventil 13 geöffnet, wenn die Schaumabgabe für eine bestimmte Zeitspanne gestoppt ist.
Zudem kann über die Schlauchleitung 12 eine Spülung der gesamten Anlage durchgeführt werden, indem die Schaumauftragsdüsen geschlossen werden, das Ventil 13 geöffnet wird und eine Zirkulation stattfindet bis beispielsweise die gesamte Anlage mit einer neuen, geänderten Schaumqualität befüllt ist.
Das erfindungsgemäße Schaumerzeugungs- und Auftragsverfahren läuft wie folgt ab:
Die Materialförderpumpe 20 fördert Material aus der Materialquelle 10 zu der Schaumförderpumpe 40. In einem ersten Betriebsmodus kann diesem Material keine Luft geführt werden, sodass das Material durch die Mischvorrichtung 50 ohne eine Mischung mit Luft dem Auftragskopf 80 zugeführt wird und folglich ein Auftrag von ungeschäumtem Material aus der Materialquelle erzielt wird. Hierbei kann in einem Bypassbetrieb über die flexiblen Leitungen 84, 12 das Material rezirkuliert werden, wenn die Materialförderpumpe 20 und die Schaumförderpumpe 40 betrieben werden. Alternativ kann das Material in einem zweiten Betriebsmodus in einem kleinen Kreislauf über die flexible Leitung 84 und den Leitungsabschnitt 86 zirkuliert werden, wenn nur die Schaumförderpumpe 40 betrieben wird.
In einem dritten Betriebsmodus wird dem geförderten Material am T-Stück 23 Luft oder ein anderes Gas, beispielsweise Stickstoff, zugeführt, sodass eine Gas/Materialmenge in die Schaumförderpumpe 40 eintritt und von dort in die Mischvorrichtung 50 gefördert wird. In der Schaumförderpumpe findet eine Vorvermischung des Materials und des Gases statt. In der Mischvorrichtung 50 wird diese Gas/Materialmischung zu einem homogenen Schaum vermischt und schließlich dem Auftragskopf 80 zugeführt. Beim Auftragskopf 80 wird dieses Schaummaterial aus den Auftragsdüsen 82a-c auf ein Substrat abgegeben.
Soll der Auftragsvorgang vorübergehend unterbrochen werden, so können die Auftragsdüsen 82a-c verschlossen werden und das Schaummaterial über die flexible Leitung 84 bei betriebener Schaumförderpumpe 40 zirkuliert werden. Dabei kann entweder die Materialförderpumpe abgestellt werden oder die Materialförderpumpe ebenfalls im Bypass betrieben werden, indem der Schaum über die flexiblen Leitungen 84, 12 in die Materialquelle 10 zurückgeführt wird.
Das Schaumerzeugungs- und Auftragsverfahren wird dabei geregelt, indem die Drucksensoren 71, 72 den Differenzdruck über die Drossel 60 erfassen und der Steuervorrichtung zuführen. Die Steuervorrichtung vergleicht den gemessenen Differenzdruck mit einem für die gewünschte Schaumqualität vorbestimmten Differenzsolldruck und führt in Abhängigkeit des Unterschieds von Ist-Differenzdruck und Soll-Differenzdruck der Gasventilvorrichtung 30 ein Signal zu, um die Gaszufuhr zu erhöhen oder zu verringern oder steuert die Materialförderpumpe, die Schaumförderpumpe und/oder die Mischvorrichtung entsprechend an.
Ein weiterer Steuerungs- bzw. Regelungseffekt wird dadurch erzielt, dass die Materialförderpumpe 20 als Zahnradpumpe ausgebildet ist und ein drehzahlabhängiges Signal erzeugt, das ebenfalls der Steuerungsvorrichtung zugeführt wird. Die Steuerungsvorrichtung steuert nun in Abhängigkeit von diesem drehzahlabhängigen Signal die Gasventilvorrichtung 30 so an, dass bei steigender Drehzahl der Materialförderpumpe 20 auch eine steigende Gasmenge am T-Stück 23 eingespiesen wird und umgekehrt.

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen eines Schaummaterials, umfassend: – eine Gaszufuhrleitung (31), die an einem ersten Ende mit einer Gasquelle verbindbar ist, – eine Materialzufuhrleitung (11), die an einem ersten Ende mit einer Materialquelle verbindbar ist, – eine Materialfördervorrichtung (20), die mit einem zweiten Ende der Materialzufuhrleitung verbunden ist, – eine Mischvorrichtung (50), in welche Material und Gas einleitbar ist und darin miteinander vermischbar ist und aus der ein homogen vermischter Schaum aus einer Ausgabeöffnung ausgebbar ist, gekennzeichnet durch eine Schaumfördervorrichtung (40), die einlassseitig mit der Materialfördervorrichtung und der Gaszuführleitung und auslassseitig mit der Mischvorrichtung verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Rückführleitung (84), die an einem ersten Ende mit der Ausgabeöffnung und an einem zweiten Ende mit der Einlassseite der Schaumfördervorrichtung in Verbindung steht, um Schaum aus der Mischvorrichtung in die Schaumfördervorrichtung zu leiten.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Gasventilvorrichtung (30) zum Regeln oder Steuern der Gasflusses durch die Gaszufuhrleitung.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Drosselvorrichtung (60), die in Schaumflussrichtung hinter dem Auslassende der Schaumfördervorrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Druckmessvorrichtung (70) zum Messen des Drucks hinter dem Auslassende der vor Schaumfördervorrichtung.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmessvorrichtung ausgebildet ist, um den Druck vor und/oder hinter der Drosselvorrichtung zu bestimmen, insbesondere um den Differenzdruck über der Drosselvorrichtung zu bestimmen.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmessvorrichtung einen ersten Drucksensor (71) zum Bestimmen des Drucks vor der Drosselvorrichtung und eine zweiten Drucksensor (72) zum Bestimmen des Drucks hinter der Drosselvorrichtung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3 und einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine Steuerungsvorrichtung, die ausgebildet ist, um das Signal der Druckmessvorrichtung zu verarbeiten und die Gasventilvorrichtung anzusteuern, um einen Gasfluss durch die Gaszufuhrleitung einzustellen und so eine bestimmte Viskosität des Schaums hinter der Auslasseite der Schaumfördervorrichtung zu erzielen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumfördervorrichtung ausgebildet ist, um einen größeren Volumenstrom zu fördern als die Materialfördervorrichtung, insbesondere einen etwa doppelt so großen Volumenstrom.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zweite Rückführleitung (12), die an einem ersten Ende mit der Ausgabeöffnung verbunden ist und an einem zweiten Ende mit einer Materialquelle verbindbar ist, insbesondere auf einem solchen Niveau, dass das zweite Ende in den luftgefüllten oberen Bereich der Materialquelle mündet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialfördervorrichtung (20) als Zahnradpumpe ausgebildet ist und durch einen Motor angetrieben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialfördervorrichtung Mittel zur Erzeugung eines drehzahlabhängigen Steuersignals umfasst und eine Steuervorrichtung ausgebildet ist, um dieses Steuersignal zu verarbeiten und die Gasventilvorrichtung anzusteuern, um einen Gasfluss durch die Gaszufuhrleitung einzustellen und so eine bestimmte Viskosität des Schaums hinter der Auslasseite der Schaumfördervorrichtung zu erzielen.
Schaumauftragsvorrichtung umfassend: einen Schaumauftragskopf (80) mit einer Schaumzutrittsöffnung und mindestens einer Schaumauftragsöffnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumzutrittsöffnung mit der Auslasseite einer Mischvorrichtung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche verbunden ist.
Schaumauftragsvorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Schaumdurchlauföffnung (83), die mit dem ersten Ende einer ersten Rückführleitung nach Anspruch 2 verbunden ist.
Verfahren zum Erzeugen eines Schaummaterials, mit den Schritten: – Zuführen eines Gases aus einer Gasquelle, – Zuführen eines Materials aus einer Materialquelle (10), – Fördern des Materials mittels einer Materialfördervorrichtung (20), – Mischen des Gases und des Materials in einer Mischvorrichtung (50), und – Abgeben eines Schaums aus einer Ausgabeöffnung der Mischvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas und das Material vor oder in einer Schaumfördervorrichtung (40) zusammengeführt werden und mittels der Schaumfördervorrichtung zur Mischvorrichtung gefördert werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum zumindest teilweise über eine Rückführleitung (84) aus der Mischvorrichtung (50) in die Schaumfördervorrichtung (40) geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasfluss mittels einer Gasventilvorrichtung (30) gesteuert oder geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum hinter der Schaumfördervorrichtung gedrosselt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumdruck hinter der Schaumfördervorrichtung, vorzugsweise der Differenzdruck über einer Drosselvorrichtung (60) hinter der Schaumfördervorrichtung gemessen (70) wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene (Differenz-)druck einer Steuervorrichtung zugeführt wird, die eine Gasventilvorrichtung so ansteuert dass der Gasfluss so eingestellt wird, dass eine bestimmte Qualität, insbesondere Viskosität des Schaums hinter der Auslasseite der Schaumfördervorrichtung erzielt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der geförderte Schaumvolumenstrom größer ist als der geförderte Materialvolumenstrom, insbesondere etwa doppelt so groß.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zumindest teilweise von der Ausgabeöffnung der Mischvorrichtung zu einer Materialquelle zurückgeleitet (12) wird, insbesondere zu einem solchen Niveau, dass das Material in den luftgefüllten oberen Bereich der Materialquelle mündet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialfördervorrichtung ein drehzahlabhängiges Steuersignal erzeugt, dass einer Steuervorrichtung zugeführt wird, die dieses Steuersignal verarbeitet und dazu verwendet, eine Gasventilvorrichtung anzusteuern, um einen Gasfluss durch die Gaszufuhrleitung einzustellen und so eine bestimmte Viskosität des Schaums hinter der Auslassseite der Schaumfördervorrichtung zu erzielen.
Verfahren zum Auftragen eines Schaums auf ein Substrat, mit den Schritten Zuführen des Schaums zu einem Schaumauftragskopf (80), Abgeben des Schaums aus mindestens einer Auftragsöffnung des Schaumauftragskopfes auf das Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 23 erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum vom Schaumauftragskopf zumindest teilweise zur Einlassseite der Schaumfördervorrichtung geleitet wird.