DE102009028987B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Schaumstoffblöcken - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Herstellen eines Schaumstoffblocks (52), umfassend – einen mit Granulat (50) befüllbaren Formraum (16) zum Formen des Schaumstoffblocks (52), – eine erste Wandung (12) und eine zweite, der ersten Wandung (12) gegenüberliegende Wandung (14), die den Formraum (16) umschließen und ein Volumen des Formraums (16) definieren, wobei die erste Wandung (12) und die zweite Wandung (14) zum Variieren des Volumens des Formraums (16) entlang einer Achse (A) verfahrbar sind, und eine Dichtungsvorrichtung (34) zum Abdichten des Formraumes (16) aufweisen, und einen Verstellraum (36), der zumindest teilweise von der ersten Wandung (12) oder der zweiten Wandung (14) und mindestens einer weiteren Wandung (38) definiert wird.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Schaumstoffblocks, umfassend einen mit Granulat befüllbaren Formraum zum Formen des Schaumstoffblocks, eine erste Wandung und eine zweite, der ersten Wandung gegenüberliegende Wandung, die den Formraum umschließen und ein Volumen des Formraums definieren. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren.
• Derartige Vorrichtungen werden insbesondere zum Herstellen von Schaumstoffblöcken verwendet, die im Wesentlichen quaderförmig sind und dabei typischerweise eine Grundfläche zwischen 0,5 und 1,5 m² und mehr und eine Höhe von bis zu 10 m aufweisen. Zum Herstellen wird der Formraum mit einem Granulat, üblicherweise ein Kunststoff wie Polystyrol oder Polyolefine wie Polyethylen und Polypropylen, befüllt. Diese Kunststoffe enthalten typischerweise ein Treibmittel. Vertreter dieser aufschäumbaren Kunststoffe sind „expandable polystyrene” (EPS), „expandable polyethylene” (EPE) und „expandable polypropylene” (EPP). Als Treibmittel für EPS wird üblicherweise Pentan verwendet, während EPE und EPP mit der im Granulat eingeschlossenen Luft aufgeschäumt wird, indem Temperatur und Druck im Formraum gezielt verändert werden.
• Um Schaumstoffblöcke unterschiedlicher Abmessungen herstellen und somit flexibel auf verschiedene kundenseitige Anforderungen reagieren zu können, ist es bekannt, eine den Formraum begrenzende Seitenwand verfahrbar auszugestalten. Diese Seitenwand wird vor Beginn des Herstellungsprozesses in eine bestimmte Position gestellt, die sie üblicherweise während des gesamten Herstellungsprozesses beibehält. Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 198 08 421 C1 bekannt.
• Meistens wird der Kunststoff in Form eines Granulats geliefert und kann auch einen bestimmten Anteil an Regenerat, also wiederverwendeter Kunststoff, enthalten. Nachdem der Formraum befüllt ist, wird dieser auf eine bestimmte Temperatur gebracht und ein Fluid, üblicherweise Wasserdampf, durch den Formraum geleitet. Das Bedampfen aktiviert das Schäumungsmittel und der Kunststoff expandiert, so dass das Granulat miteinander verschweißt und der Kunststoffblock durch Kontaktieren der Wandung des Formraums seine Form erhält. Während eines Abkühlprozesses wird seine Form stabilisiert. Der nun geformte Schaumstoffblock wird aus der Vorrichtung entnommen und zu kleinen Portionen oder Platten geschnitten, die dann beispielsweise als Fassadenplatten zum Isolieren von Gebäuden verwendet werden.
• Beim Schneiden des Schaumstoffblocks tritt insbesondere bei einer Plattenstärke von 50 mm und mehr das Problem der sogenannten Schüsselung auf. Damit wird das Phänomen bezeichnet, dass sich die Platten nach dem Schneiden verformen, indem sie sich beispielsweise ausbauchen oder auswölben. Platten stellen im Wesentlichen quaderförmige Körper dar, bei denen zwei der sechs Seitenflächen deutlich größer sind als die vier übrigen. Werden die Platten als Fassadenplatten verwendet, stoßen sie hier mit anderen Fassadenplatten aneinander. Sollten an den Stößen Spalte entstehen, können diese leicht durch Abschneiden bündig gemacht werden. Dies ist bei Auswölbungen an den zwei größeren Seitenflächen jedoch nicht möglich. Die Auswölbung kann bis zu 8 mm betragen.
• Diese Auswölbungen können bei einer Plattenstärke bis etwa 50 mm dadurch beseitigt werden, dass die Platten großflächig mit Kleber an der Gebäudewand befestigt werden. Bei größeren Plattenstärken sind die Spannungen, die zur Beseitigung der Auswölbungen überwunden werden müssen, jedoch so stark, dass sie vom Kleber nicht mehr aufgebracht werden können. Dies ist insbesondere bei der Verwendung der Platten zur Gebäudeisolierung nachteilig, als dass der Dämmwert, der sogenannte k-Wert, der die Wärmeleitung durch die Gebäudewände beschreibt, negativ beeinflusst wird, so dass die Platten ihre volle Dämmwirkung nicht entfalten können. Da die Kontaktfläche zwischen den Fassadenplatten und der Gebäudewand durch die Schüsselung verringert wird, können sie nicht mehr vollanliegend an der Gebäudewand befestigt werden, so dass die Gefahr besteht, dass sie sich lösen und abfallen.
• Das Maß der Schüsselung oder Ausbauchung ist dabei neben der Plattenstärke abhängig vom Herstellungsprozess und insbesondere von der Art der Bedampfung und vom Bereich des Schaumstoffblocks, aus dem die Platten stammen. Je weiter sich der Bereich an den Oberflächen des Schaumstoffblocks befindet, desto stärker ist die Schüsselung. Weiterhin wird das Maß der Schüsselung vom Anteil des Regenerats beeinflusst.
• Für viele Anwendungen darf die Schüsselung an den größeren Seitenflächen der Platten ein gewisses Maß nicht überschreiten. Hierzu wird der Schaumstoffblock gepresst. Es ist also ein weiterer Arbeitsschritt notwendig, der zeit- und damit kostenintensiv ist.
• Die DE 42 37 239 A1 zeigt ein Werkzeug und ein Verfahren zum Herstellen eines Schaumstoffkörpers, der aus einem Kern und einem Mantel aufgebaut ist. Dabei bestehen der Kern aus Regenerat und der Mantel aus hochwertigem Kunststoff. Regenerat ist ein wiederverwendeter Kunststoff, dessen Oberflächenqualität gegenüber neuen Kunststoffen geringer ist. Mit dem in der DE 42 37 239 A1 offenbarten Verfahren weist der Schaumstoffkörper trotz hohem Regenerat-Anteil eine ansprechende Oberfläche auf. In der DE 42 37 239 A1 stellt der Schaumstoffkörper bereits das fertige Produkt dar und nicht, wie im vorliegenden Fall, ein Halbzeug, welches weiterverarbeitet wird. Das Problem der Schüsselung tritt bei Schaumstoffkörpern, wie sie in der DE 42 37 239 A1 gefertigt werden, nicht auf. Ferner sind die Abmessungen des dort hergestellten Schaumstoffkörpers deutlich kleiner als diejenigen der mit der vorliegenden Erfindung hergestellten Schaumstoffblöcke.
• Die DE 150 40 70 A offenbart eine Vorrichtung, mit der einzelne Platten ebenfalls als Endprodukte in verschiedenen Stärken hergestellt werden können. Um eine Verdichtung der Füllung zu bewirken, werden die Formrahmen auseinander gefahren, gefüllt und auf das Festmaß zurückgefahren.
• Die US 3,264,381 A offenbart ein Verfahren von Formteilen als Endprodukte, insbesondere einzelne Platten, und eine dazugehörige Vorrichtung mit einer verschiebbaren Wand. Zunächst wird der Füllraum mit Dampf auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt und dann wird der Füllraum in einem ersten Schritt mit vorexpandiertem Material gefüllt. Der Druck im Füllraum steigt an, so dass in einem zweiten Schritt zur Verdopplung des Volumens die eine verschiebbare Wand aufgefahren wird. Hieran kann sich ein weiterer Dampfschritt anschließen.
• Die US 4,456,443 A beschreibt ebenfalls die Herstellung von Platten als Endprodukte mit einer Vorrichtung, die zwei einstellbare Seitenwände aufweist. Unabhängig von diesen einstellbaren Seitenwänden werden zwei Formrahmen bereitgestellt, die ebenfalls verfahrbar sind. Zwischen den Formrahmen befindet sich ein vertikaler Kasten für die Zuführung von Dampf in die beiden dem Kasten benachbarten Füllräumen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Herstellen eines Schaumstoffblocks anzugeben, das zu einer reduzierten Schüsselung führt, wenn er in Platten geschnitten wird.
• Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
• Unter Wandung soll in diesem Zusammenhang jede Form verstanden werden, mit welcher der Formraum begrenzt und ein Volumen des Formraums definiert werden kann. Die Wandung kann eine oder mehrere sphärische oder planare Abschnitte umfassen.
• Es hat sich herausgestellt, dass sich die Schüsselung der Platten reduzieren lässt, wenn man das Volumen des Formraums während des Herstellungsprozesses des Schaumstoffblocks zielgerichtet variiert. Die Schüsselung ist das Resultat aus im Schaumstoffblock vorhandenen Spannungen. Diese werden durch das Variieren des Volumens des Formraums während des Herstellungsprozesses weitgehend abgebaut.
• Durch das Verfahren der Wandungen während des Herstellungsprozesses werden die Endabmessungen des entstehenden Schaumstoffblockes nicht verändert. Die Änderung des Volumens des Formraums ist so gering, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht dazu verwendet wird, eine weitere Schicht auf den Schaumstoffkörper aufzubringen, wie es in der DE 42 37 239 A1 der Fall ist.
• Die Vorrichtung weist einen Verstellraum auf, der zumindest teilweise von der ersten Wandung oder der zweiten Wandung und mindestens einer weiteren Wandung definiert wird. Innerhalb des Verstellraums können die Wandungen verfahren werden. Der durch die weitere Wandung abgeschlossene Verstellraum schützt Personen vor den Wandungen, wenn sie verfahren werden. Weiterhin dient der Verstellraum auch der Isolation, da die vom Formraum abgegebene Prozesswärme hier gespeichert und nicht ungehindert nach Außen hin abgegeben wird. Es wird eine kostengünstigere Prozessführung ermöglicht.
• Die erste Wandung und die zweite Wandung weisen eine Dichtungsvorrichtung zum Abdichten des Formraumes auf. Durch die Abdichtung des Formraumes werden Wärmeverluste zumindest reduziert, so dass die Temperatur im Formraum während des Herstellungsprozesses mit reduziertem Energieaufwand auf dem gewünschten Niveau gehalten werden kann. Ferner wird verhindert, dass sich der entstehende Schaumstoffblock durch Spalte hindurch ausdehnt und dadurch eine inhomogene Form einnimmt.
• Vorzugsweise umfassen die erste Wandung eine erste verfahrbare Seitenwand und die zweite Wandung eine zweite verfahrbare Seitenwand. Die Oberfläche der Seitenwände, die den Formraum begrenzt und mit dem Schaumstoffblocks in Kontakt tritt, ist im Wesentlichen planar. Entsprechend sind auch die Seitenwände im Wesentlichen quaderförmig gestaltet, was den Herstellungsaufwand der Vorrichtung deutlich reduziert.
• Weiterhin weist die Vorrichtung einen den Formraum zumindest teilweise umgebenden Dampfraum zum Kontrollieren der Temperatur und/oder des Drucks im Formraum auf. Im Herstellungsprozess ist es wichtig, im Formraum definierte Temperatur- und Druckverhältnisse einstellen zu können. Im Formraum selbst ist es aber nicht möglich, Heizoder Kühlvorrichtungen anzuordnen, da sie direkt mit dem Granulat und dem entstehenden Schaumstoffblock kollidieren und die Formbildung behindern würden. Die Wärme wird daher von außen in den Formraum transportiert oder vom Formraum abgeführt. Hierbei ist zu beachten, dass die Wärme im Formraum über den Druck eingestellt werden kann. Er wird nicht durch zusätzliche mechanische Vorrichtungen eingebracht.
• Vorzugsweise wird der Dampfraum zumindest teilweise von der ersten Wandung und/oder der zweiten Wandung definiert. Wie oben bereits diskutiert, wird die Wärme von außen in den Formraum transportiert oder aus ihm abgeführt. Um auf zusätzliche Wärmetransportvorrichtungen verzichten zu können, gestaltet man die erste und die zweite Wandung so, dass sie auch die Wärme in den Formraum transportieren können. Entsprechend weisen die erste und die zweite Wandung eine gute Wärmeleitfähigkeit in Richtung des Formraums auf. In Richtung der vom Formraum abgewandten Seite wird vorzugsweise die Wärmeleitfähigkeit gering gehalten. Hierdurch wird eine Isolierung nach außen erreicht, um Wärmeverluste zu minimieren und die benötigte Energie zum Erhitzen und Abkühlen des Formraums zu reduzieren. In dieser Ausführungsform ist der Dampfraum zusammen mit den Wandungen verfahrbar, so dass der Abstand des Dampfraumes zum Formraum in jeder Stellung der Wandung gleich bleibt.
• Vorzugsweise sind ein oder mehrere Führungsmittel zum Zu- und Abführen eines Fluids, insbesondere von Wasserdampf in den Formraum und aus dem Formraum vorgesehen. Wie eingangs geschildert, wird das Granulat durch eine Behandlung mit Fluid, insbesondere Wasserdampf, aktiviert und aufgeschäumt, wodurch sich der Schaumstoffblock bildet. Dieses Bedampfen muss allerdings so ausgeführt werden, dass sich beispielsweise der Wasserdampf nicht im Formraum anreichert und kondensiert, was zu einer ungleichmäßigen Aufschäumung und damit zu Qualitätsunterschieden des Schaumstoffs innerhalb des Schaumstoffblockes führen würde. Das Führungsmittel ist so ausgestaltet, dass der Wasserdampf dem Formraum an einer ersten Stelle zugeführt und an einer zweiten Stelle aus dem Formraum abgeführt wird. Somit wird der Formraum gleichmäßiger vom Wasserdampf durchströmt und der Schaumstoff wird gleichmäßiger aufgeschäumt.
• Vorzugsweise weisen die erste Wandung ein erstes Führungsmittel und die zweite Wandung ein zweites Führungsmittel zum Zu- und Abführen eines Fluids, insbesondere von Wasserdampf, in den und aus dem Formraum auf. Die oben beschriebene gleichmäßige Durchströmung des Formraums mit Wasserdampf wird mittels dieser Ausführungsform auf konstruktiv einfache Weise realisiert, so dass die hierzu entstehenden. Kosten gering gehalten werden können.
• Vorzugsweise sind das erste Führungsmittel und das zweite Führungsmittel so angeordnet, dass sie das Fluid, insbesondere den Wasserdampf entlang der Achse durch den Formraum durchleiten. Diese Achse ist dieselbe, entlang der auch die erste und die zweite Wandung relativ zueinander verfahrbar sind. Hierdurch wird eine eindeutige Beziehung zwischen der Durchströmungsrichtung und der Richtung, in der die Wandungen verfahren werden, geschaffen. Dies ist für die Wahl der Schnittebenen, entlang derer der Schaumstoffblock zu Platten geschnitten wird, wichtig.
• In einer bevorzugten Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchqueren die ersten und zweiten Führungsmittel den Dampfraum und sind so ausgestaltet, dass sie die Positionsänderungen der ersten und/oder der zweiten Wandung beim Verfahren ausgleichen können. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass das Führungsmittel zumindest teilweise flexibel ausgestaltet ist, etwa in Form eines Schlauches. Somit wird verhindert, dass die Positionsänderungen beim Verfahren der Wandungen Beschädigungen der Führungsmittel oder anderer Teile der Vorrichtung hervorrufen. Es ist möglich, den Wasserdampf direkt aus dem Dampfraum in den Formraum einzuleiten. Die Verwendung von Wasserdampf als Wärmeträger-Medium ist weit verbreitet. Allerdings kann der Wasserdampf in dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung unabhängig von den im Dampfraum herrschenden Temperaturverhältnissen in den Formraum eingeleitet werden, was die prozesstechnische Flexibilität bei der Herstellung der Schaumstoffblöcke erhöht. Insbesondere können zwei verschiedene Fluide verwendet werden, ein erstes zum Erwärmendes Formraums im Dampfraum und ein zweites zum Aufschäumen des Granulats im Formraum.
• Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die weitere Wandung eine mit den Führungsmitteln zusammenwirkende Ausgleichsvorrichtung zum Ausgleichen der Positionsänderungen beim Verfahren der ersten und/oder der zweiten Wandung aufweist. Auch hierdurch wird verhindert, dass die Positionsänderungen beim Verfahren der Wandungen Beschädigungen der Führungsmittel hervorrufen. Allerdings ist es in dieser Ausgestaltung möglich, die Führungsmittel durchgehend starr auszuführen, die dann beispielsweise teleskopartig in die Ausgleichsvorrichtung eingreifen. Auf Übergangsstücke von starren zu flexiblen Abschnitten kann verzichtet werden, was Montagefehler und Leckagen während des Betriebes vermeidet und somit die Zuverlässigkeit der Vorrichtung erhöht.
• Vorzugsweise weist die Vorrichtung ein Verstellmittel zum Verfahren der ersten und/oder der zweiten Wandung auf. Dieses Verstellmittel sorgt dafür, dass die Wandungen auf definierten Bahnen und mit definierter Geschwindigkeit und/oder Kraft verfahren werden. Vorzugsweise weisen die Verstellmittel eine Antriebsvorrichtung und eine Führungsvorrichtung zum Verfahren der ersten und der zweiten Wandung auf. Die Wandungen können daher voll automatisch und ohne manuelles Eingreifen verfahren werden. Weiterhin kann das Verstellmittel von einer Steuervorrichtung aktiviert werden, so dass es innerhalb eines Steuerungs- oder Regelungsprozesses zu definierten Zeitpunkten aktiviert werden kann.
• Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schaumstoffblocks, umfassend folgende Schritte:
• – Befüllen eines Formraums zum Formen des Schaumstoffblocks mit einem Granulat,
• – Zuführen eines Fluid, insbesondere von Wasserdampf, in den Formraum mithilfe eines ersten Führungsmittels derart, dass mindestens der Eintritt des Fluids parallel zu einer Achse in den Formraum erfolgt,
• – Abführen des Fluids, insbesondere des Wasserdampfs, aus dem Formraum mithilfe eines weiteren Führungsmittels,
• – Verfahren der ersten und/oder der zweiten Wandung mit einem Verstellmittel entlang der Achse von einer ersten Position α in eine zweite Position β, wobei das Verfahren der ersten und/oder der zweiten Wandung während des Schrittes des Zuführens und des Abführens des Fluides in den oder aus dem Formraum erfolgt.
• Es hat sich herausgestellt, dass die Schüsselung dann reduziert werden kann, wenn zumindest die Einleitung des Fluides in den Formraum parallel zur Achse erfolgt, entlang der auch die Wandungen verfahren werden. Es ist dabei nicht zwingend notwendig, dass das Fluid den gesamten Formraum entlang der Achse durchquert. Eine etwa in der Mitte einer festen Seitenwand und/oder schwenkbaren Seitenwand des Formraums angeordnete Abführeinheit, welche das Fluid dort aus dem Formraum abführt, ist ebenfalls denkbar.
• In dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Wandungen während des Zu- und Abführens des Fluides in den und aus dem Formraum verfahren. Somit kann der Herstellungsprozess beschleunigt werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Schaumstoffblocks wird durch folgende Schritte weitergebildet:
• – Befüllen eines Formraums zum Formen des Schaumstoffblocks mit einem Granulat,
• – Zuführen eines Fluid, insbesondere von Wasserdampf, in den Formraum mithilfe eines ersten Führungsmittels,
• – Durchleiten des Fluides, insbesondere des Wasserdampfs, durch den Formraum im Wesentlichen parallel zu einer Achse,
• – Abführen des Fluids, insbesondere des Wasserdampfs, aus dem Formraum mithilfe des zweiten Führungsmittels,
• – Verfahren der ersten und/oder der zweiten Wandung mit einem Verstellmittel entlang der Achse von einer ersten Position α in eine zweite Position β, wobei das Verfahren der ersten und/oder der zweiten Wandung während des Zuführens, des Durchleitens und des Abführens des Fluides erfolgt,
• – Zuführen des Fluids, insbesondere des Wasserdampfs, in den Formraum mithilfe des zweiten Führungsmittels,
• – Durchleiten des Fluids, insbesondere des Wasserdampfs, durch den Formraum im Wesentlichen parallel zur Achse,
• – Abführen des Fluids, insbesondere des Wasserdampfs, aus dem Formraum mithilfe des ersten Führungsmittels, und
• – Verfahren der ersten und/oder der zweiten Wandung mit einem Verstellmittel entlang der Achse von der zweiten Position β in eine dritte Position γ, wobei das Volumen des Formraums in der zweiten Position β und/oder in der dritten Position γ größer ist als in der ersten Position α der Wandungen, wobei das Verfahren der ersten und/oder der zweiten Wandung während des Zuführens, des Durchleitens und des Abführens des Fluides erfolgt.
• In dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Wandungen während des Zu- und Abführens des Fluides in den und aus dem Formraum verfahren. Somit kann der Herstellungsprozess beschleunigt werden.
• Die Verwendung des Begriffes „im Wesentlichen parallel zu einer Achse” soll zum Ausdruck bringen, dass die Hauptrichtung der Durchströmung des Formraums parallel zur Achse verläuft, wobei sich lokal auch Strömungsabschnitte bilden können, die in eine andere Richtung durchströmt werden, ohne dabei die Hauptrichtung nennenswert zu beeinflussen.
• Durch das Zuführen des Wasserdampfes in den mit Granulat gefüllten Formraum wird das Granulat aufgeschäumt, so dass es im Formraum expandiert. Das Granulat wird verschweißt, so dass der Schaumstoffblock seine Form erhält, die durch Abkühlen stabilisiert wird. Um das Granulat gleichmäßig aufzuschäumen und somit eine gleichmäßige Struktur des entstehenden Schaumstoffblocks zu erlangen, wird der Wasserdampf nicht nur in einer Richtung durch den Formraum geführt, sondern auch in die entgegengesetzte Richtung. Das erste Führungsmittel, durch welches der Wasserdampf dem Formraum zugeführt wird, wird in einem weiteren Schritt dazu verwendet, den Wasserdampf aus dem Formraum abzuführen. Das zweite Führungsmittel, durch welches der Wasserdampf aus dem Formraum abgeführt wird, dient im weiteren Schritt dazu, den Wasserdampf dem Formraum zuzuführen. Dadurch wird das Granulat gleichmäßig durchströmt und aufgeschäumt. Weiterhin wird die Kondensation des Wasserdampfes im Granulat verhindert oder zumindest reduziert.
• Es hat sich herausgestellt, dass sich die Schüsselung der Platten, die aus dem Schaumstoffblock geschnitten werden, deutlich reduzieren lässt, wenn zwischen, während oder nach den Bedampfungsschritten und dem Wechsel der Strömungsrichtung des Wasserdampfes durch den Formraum die erste und die zweite Wandung von einer ersten in eine zweite Position verfahren werden. Dabei ist es notwendig, dass der Schaumstoffblock expandieren kann. In den anschließenden Bedampfungsschritten werden die im sich bildenden Schaumstoffblock vorhandenen Spannungen durch die Expansion abgebaut, so dass die Schüsselung der Platten reduziert wird.
• Die dritte Position kann der ersten Position entsprechen. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich die Seitenwand beim Abschluss des Herstellungsprozesses wieder in derselben Position wie zu Beginn des Herstellungsprozesses befindet. Die Menge an Granulat, die zu Beginn in den Formraum gegeben wird, kann daher auf das Volumen zu Beginn des Verfahrens angepasst werden, ohne dass Volumenänderungen während des Herstellungsprozesses berücksichtigt werden müssten. Es ist aber auch möglich, dass die Seitenwand beim Abschluss des Herstellungsprozesses in eine andere als die erste Position verfahren wird. In jedem Fall definiert die Position beim Abschluss des Herstellungsprozesses die endgültige Größe des Schaumstoffblocks.
• Ferner wird das erfindungsgemäße Verfahren durch folgenden Schritt weitergebildet:
• – Schneiden des Schaumstoffblocks entlang einer Schnittebene mit einem Normalenvektor, der parallel zur Achse verläuft.
• Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei verfahrbaren Seitenwänden wirkt sich eine Verminderung der Schüsselung der Platten nicht in alle Richtungen gleich aus. Voraussetzung dafür, dass die Schüsselung oder die Biegung der Platten überhaupt reduziert werden kann, ist, dass das Bedampfen entlang derselben Achse geschieht wie das Verfahren der Wandung oder der verfahrbaren Seitenwände. Es werden aber nur Spannungen abgebaut, die eine Schüsselung entlang dieser Achse verursachen. Aus diesem Grund muss die Schnittebene entsprechend gewählt werden, um die Reduzierung der Spannungen, die sich durch das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung von zwei verfahrbaren Seitenwänden ergibt, so nutzen zu können, dass sich die Schüsselung an den großen Flächen der Platten reduziert.
• Diese Wahl der Schnittebenen hat den Vorteil, dass es zum Reduzieren der relevanten Schüsselungen ausreicht, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei verfahrbaren Seitenwänden zu versehen. Zwar schließt es das erfindungsgemäße Prinzip nicht aus, nicht nur zwei, sondern auch drei, vier, fünf oder sechs Seitenwände verfahrbar auszugestalten oder die Wandungen so zu konstruieren, dass sie sich in allen drei Richtungen bewegen lassen, was die Schüsselungen in alle Richtungen des Schaumstoffblocks reduzieren würde. Zwar könnte man dann den Schaumstoffblock entlang beliebiger Schnittebenen schneiden, jedoch würde der konstruktive Aufwand deutlich steigen und den erzielten Nutzen nicht rechtfertigen.
• Vorzugsweise wird das Verfahren dadurch weitergebildet, dass das Volumen des Formraums in der zweiten Position größer oder kleiner ist als in der ersten Position der Wandungen. Der entstehende Schaumstoffblock wird also während oder nach dem ersten Bedampfen komprimiert und kann während oder nach dem zweiten Bedampfen expandieren. Durch diese Verfahrensführung werden die Spannungen innerhalb des entstehenden Schaumstoffblockes weitgehend abgebaut, so dass folglich die Schüsselung der Platten, die aus dem Schaumstoffblock geschnitten werden, reduziert wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch weitergebildet, dass die Schritte automatisch ausgeführt werden. Der Herstellungsprozess kann somit weitgehend automatisiert und unabhängig von Bedienpersonal ausgeführt werden. Hierzu kann eine Maschinensteuerung eingesetzt werden, die ein Computerprogramm umfasst.
• Im Folgenden wird die Erfindung im Detail anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
• 1 bis 4 jeweils eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in verschiedenen Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
• 5 eine Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
• 6 einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schaumstoffblock, bei dem die Schnittebenen eingetragen sind.
• Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Herstellen eines Schaumstoffblocks 52 umfasst eine erste verfahrbare Wandung 12 und eine zweite verfahrbare Wandung 14, die einen Formraum 16 definieren. Im dargestellten Beispiel umfasst die erste verfahrbare Wandung 12 eine erste, entlang einer Achse A verfahrbare Seitenwand 18 und eine im Wesentlichen parallel zu dieser Achse A verlaufende erste feste Seitenwand 20 sowie eine nicht dargestellte Deckenwand. Diese drei Wände können auch zu einem Bauteil zusammengefasst und zusammen verfahrbar ausgestaltet sein. Weiterhin ist es möglich, diese drei Wände so auszugestalten, dass sie sich in jeweils unterschiedliche Richtungen verfahren lassen.
• Die zweite verfahrbare Wandung 14 umfasst eine zweite, entlang der Achse A verfahrbare Seitenwand 22 und eine um einen Drehpunkt 26 schwenkbare Seitenwand 24, die im geschlossenen Zustand im Wesentlichen parallel zur Achse A verläuft. Weiterhin umfasst die zweite Wandung 14 einen nicht dargestellten Boden. Diese drei Wände können auch zu einem Bauteil zusammengefasst und zusammen verfahrbar ausgestaltet sein. Weiterhin ist es möglich, diese drei Wände so auszugestalten, dass sie sich in jeweils unterschiedliche Richtungen verfahren lassen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 weist weiterhin Verstellmittel 28 zum Verfahren der ersten verfahrbaren Seitenwand 18 und der zweiten verfahrbaren Seitenwand 22 auf. Die Verstellmittel 28 umfassen dabei eine Antriebsvorrichtung 30 und eine Führungsvorrichtung 32, mit denen die verfahrbaren Seitenwände 18, 22 entlang der Achse A bewegt werden können. Die Verstellrichtung ist durch die Pfeile P₁ angedeutet. Die Antriebsvorrichtung 30 kann beispielsweise hydraulisch und/oder elektrisch betrieben werden, entsprechend kann die Führungsvorrichtung 32 Hydraulikzylinder und Führungsstangen umfassen.
• Die erste und die zweite verstellbare Seitenwand 18, 22 weisen Dichtungsvorrichtungen 34 auf, mithilfe derer der Formraum 16 abgedichtet wird. Die Dichtungsvorrichtung 34 ist so ausgestaltet, dass sie durch die Bewegungen der verfahrbaren Seitenwände 18, 22 nicht beschädigt wird.
• Der Formraum 16 ist von einem Dampfraum 37 umgeben, der zumindest teilweise von der ersten und der zweiten Seitenwand 18, 22 begrenzt wird. Ferner weist die Vorrichtung einen Verstellraum 36 auf, der nach außen hin durch eine weitere Wandung 38 begrenzt wird.
• Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 Führungsmittel 40 auf, welche ein Fluid, insbesondere Wasserdampf, in den Formraum 16 einleiten und aus diesem wieder abführen. Im dargestellten Beispiel weisen die erste verfahrbare Seitenwand 18 ein erstes Führungsmittel 42 und die zweite verfahrbare Seitenwand 22 ein zweites Führungsmittel 44 auf, die starr ausgeführt sind, wobei auch eine flexible, schlauchartige Ausführung denkbar ist. Die Führungsmittel 40 können direkt in den Formraum oder aber in den Dampfraum 37 münden. Letzterer Fall ist in den 1 bis 5 dargestellt. Das Fluid verteilt sich im Dampfraum 37. Dieser weist eine Anzahl von nicht dargestellten Spaltsieben auf, über die das Fluid in den Formraum 16 eingeleitet wird. Auf der vom Formraum 16 abgewandten Seite münden die Führungsmittel 40 in eine in der weiteren Wandung 38 angeordnete Ausgleichsvorrichtung 46, mit der die Bewegungen der verfahrbaren Seitenwände ausgeglichen werden. Außerhalb der weiteren Wandung 38 kann die Ausgleichsvorrichtung 46 mit einem nicht dargestellten Kreislaufsystem zum Erzeugen und Führen von Wasserdampf verbunden werden.
• Im dargestellten Beispiel weist die erste verfahrbare Seitenwand 18 eine erste Breite B₁ auf, die etwas größer ist als eine zweite Breite B₂ der zweiten Seitenwand 22. Ferner kann die erste verfahrbare Seitenwand 18 um einen ersten Verstellweg s₁ verstellt werden, der größer ist als ein zweiter Verstellweg s₂ der zweiten verfahrbaren Seitenwand 22. Das Verfahren der ersten verfahrbaren Seitenwand 18 dient zunächst dazu, Schaumstoffblöcke von unterschiedlichen Abmessungen herstellen zu können. Der maximale erste Verstellweg s₁ beträgt daher deutlich mehr als 10 cm.
• Um die Schüsselung zu reduzieren, genügt es aber, während des Herstellungsprozesses die erste und die zweite Seitenwand 18, 22 um einen geringeren Verstellweg zu verfahren. Dieser Verstellweg kann je nach Größe des herzustellenden Schaumstoffblocks 52 unterschiedlich groß sein. Es ist daher möglich, die zweite verfahrbare Seitenwand 22 mit einem entsprechend ausgelegten Verstellmittel 28 zu versehen, welches kostengünstiger verfügbar ist und kostengünstiger betrieben werden kann.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wie folgt betrieben: In 1 befindet sich die Vorrichtung 10 in einem Grundzustand, der Formraum 16 ist geschlossen und leer. Die erste und die zweite verfahrbare Seitenwand 18, 22 befinden sich in einer ersten Position α. Beispielsweise über eine nicht dargestellte Öffnung in der Deckenwand wird ein Granulat 50, welches einen bestimmten Anteil an Regenerat aufweisen kann, in den Formraum 16 gegeben (vgl. 2). Die erste und die zweite verfahrbare Seitenwand 18, 22 befinden sich weiterhin in einer ersten Position α. Anschließend wird der Formraum 16 mit Wasserdampf beaufschlagt. Dies kann derart geschehen, dass der Wasserdampf über die zweiten Führungsmittel 44 in den Formraum 16 eingeleitet und über die ersten Führungsmittel 42 aus dem Formraum 16 abgeleitet wird, so dass sich im Formraum 16 eine Durchströmung einstellt, die in etwa den Pfeilen P₂ folgt und in etwa parallel zur Achse A verläuft (2). Selbstverständlich kann die Durchströmung auch entlang der entgegengesetzten Richtung oder gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen (vgl. 5) erfolgen.
• Durch den Wasserdampf wird das Granulat 50 aufgeschäumt, so dass es expandiert und an den Wandungen 12, 14 des Formraums 16 verschweißt wird. Das Granulat 50 wird in einen zusammenhängenden Schaumstoffblock 52 umgewandelt, was in 3 durch die geänderte Schraffierung dargestellt ist.
• Die Beaufschlagung mit Wasserdampf wird gestoppt und die erste und die zweite verfahrbare Seitenwand 18, 22 werden in eine zweite Position β verfahren. Im dargestellten Beispiel ist die zweite Position β so gewählt, dass das Volumen des Formraums 16 vergrößert wird, so dass der Schaumstoffblock 52 expandieren kann. Das erfindungsgemäße Prinzip ist allerdings nicht hierauf beschränkt. Weiterhin können die erste und die zweite verfahrbare Seitenwand 18, 22 auch während der Beaufschlagung des Formraums 16 mit Wasserdampf verfahren werden.
• Nachdem die erste und die zweite verfahrbare Seitenwand 18, 22 in die zweite Position β verfahren wurden, wird die Beaufschlagung mit Wasserdampf fortgesetzt, allerdings wird jetzt der Wasserdampf über das erste Führungsmittel 42 dem Formraum 16 zugeführt und über das zweite Führungsmittel 44 abgeführt. Die sich nun einstellende Durchströmung des Formraums 16 folgt in etwa den in 3 dargestellten Pfeilen P₃ und verläuft im Formraum 16 in etwa parallel zur Achse A und entgegengesetzt der Richtung der Durchströmung, die in 2 dargestellt ist. Auf diese Weise erhält der Schaumstoffblock 52 eine gleichmäßige Struktur. Die Beaufschlagung des Schaumstoffblocks 52 mit Wasserdampf sowie das Verfahren der Seitenwände 18, 22 kann beliebige Male auf die oben beschriebene Weise wiederholt werden.
• Nachdem die Beaufschlagung mit Wasserdampf beendet wurde, werden die erste und die zweite verfahrbare Seitenwand 18, 22 wieder in die erste Position α verfahren (siehe 4). Es ist allerdings auch der nicht dargestellte Fall denkbar, dass die Seitenwand 18, 22 in eine dritte Position γ verfahren wird, die nicht der ersten Position entspricht. Der Schaumstoffblock 52 dehnt sich aus, so dass er wieder an der ersten und der zweiten verfahrbaren Seitenwand 18, 22 anliegt. Bei diesem Ausdehnungsvorgang bauen sich Spannungen im Schaumstoffblock 52 ab.
• In 5 ist eine weitere Alternative dargestellt, wie das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann. Im Gegensatz zu dem Verfahren, welches in den 1 bis 4 dargestellt ist, wird hier das Fluid von beiden Seiten über das erste und das zweite Führungsmittel 42, 44 in den Formraum 16 eingeleitet und über ein weiteres Führungsmittel 45 aus dem Führungsraum abgeleitet, welches in der festen Seitenwand 20 und in der schwenkbaren Seitenwand 24 angeordnet ist. Es hat sich gezeigt, dass schon allein ein Einleiten des Fluides in den Formraum 16 parallel zur Achse A zu einer Reduzierung der Schüsselung führt.
• Der Schaumstoffblock 52 kann nun aus dem Formraum 16 entnommen werden und seine Form außerhalb der Vorrichtung 10 stabilisiert werden. Alternativ ist es ebenfalls möglich, den Schaumstoffblock 52 noch in der Vorrichtung 10 abzukühlen. Zum Entnehmen wird die schwenkbare Seitenwand 24 geöffnet (nicht dargestellt).
• Der entnommene Schaumstoffblock 52 wird nun entlang von Schnittebenen 48 in Platten geschnitten. Dabei weisen die Schnittebenen 48 einen Normalenvektor V_n auf, der entlang der Achse A verläuft, entlang derer die erste und die zweite Seitenwand 18, 22 verfahren und der Formraum 16 mit Wasserdampf beaufschlagt wurden (vgl. 6). Die Flächen, die mit den verfahrbaren Seitenwänden 18, 22 während des Herstellungsprozesses des Schaumstoffblocks 52 in Kontakt stehen, sind in 5 mit E₁ und E₂ gekennzeichnet.
• Die Vorrichtung ist anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch beschrieben worden. Sich für den Fachmann aus der Beschreibung in naheliegender Weise ergebende Ergänzungen und Modifikationen gehen nicht über das erfindungsgemäße Prinzip hinaus und sind vom Schutzumfang umfasst, der durch die folgenden Ansprüche definiert wird.
• Bezugszeichenliste

10

Vorrichtung

12

erste verfahrbare Wandung

14

zweite verfahrbare Wandung

16

Formraum

18

erste verfahrbare Seitenwand

20

feste Seitenwand

22

zweite verfahrbare Seitenwand

24

schwenkbare Seitenwand

26

Drehpunkt

28

Verstellmittel

30

Antriebsvorrichtung

32

Führungsvorrichtung

34

Dichtungsvorrichtung

36

Verstellraum

37

Dampfraum

38

weitere Wandung

40

Führungsmittel

42

erstes Führungsmittel

44

zweites Führungsmittel

45

weiteres Führungsmittel

46

Ausgleichsvorrichtung

48

Schnittebene

50

Granulat

52

Schaumstoffblock

A

Achse

B₁

erste Breite

B₂

zweite Breite

P₁

Pfeil

P₂

Pfeil

P₃

Pfeil

α

erste Position

β

zweite Position

γ

dritte Position

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Herstellen eines Schaumstoffblocks (52), umfassend – einen mit Granulat (50) befüllbaren Formraum (16) zum Formen des Schaumstoffblocks (52), – eine erste Wandung (12) und eine zweite, der ersten Wandung (12) gegenüberliegende Wandung (14), die den Formraum (16) umschließen und ein Volumen des Formraums (16) definieren, wobei die erste Wandung (12) und die zweite Wandung (14) zum Variieren des Volumens des Formraums (16) entlang einer Achse (A) verfahrbar sind, und eine Dichtungsvorrichtung (34) zum Abdichten des Formraumes (16) aufweisen, und einen Verstellraum (36), der zumindest teilweise von der ersten Wandung (12) oder der zweiten Wandung (14) und mindestens einer weiteren Wandung (38) definiert wird.
2. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wandung (12) eine erste verfahrbare Seitenwand (18) und die zweite Wandung (14) eine zweite verfahrbare Seitenwand (22) umfassen.
3. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen den Formraum (16) zumindest teilweise umgebenden Dampfraum (37) zum Kontrollieren der Temperatur und/oder des Drucks im Formraum (16).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfraum (37) zumindest teilweise von der ersten Wandung (12) und/oder der zweiten Wandung (14) definiert wird.
5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein oder mehrere Führungsmittel (40) zum Zu- und Abführen eines Fluids, insbesondere von Wasserdampf, in den und aus dem Formraum (16).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wandung (12) ein erstes Führungsmittel (42) und die zweite Wandung (14) ein zweites Führungsmittel (44) zum Zu- und Abführen eines Fluids, insbesondere von Wasserdampf, in den und aus dem Formraum (16) aufweisen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Führungsmittel (42) und das zweite Führungsmittel (44) so angeordnet sind, dass sie das Fluid, insbesondere den Wasserdampf, entlang der Achse (A) durch den Formraum (16) durchleiten.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Führungsmittel (42, 44) den Dampfraum (37) durchqueren und so ausgestaltet sind, dass sie die Positionsänderungen der ersten und/oder der zweiten Wandung (12, 14) beim Verfahren ausgleichen können.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Wandung (38) eine mit den ersten und zweiten Führungsmitteln (42, 44) zusammenwirkende Ausgleichsvorrichtung (46) zum Ausgleichen der Positionsänderungen beim Verfahren der ersten und/oder der zweiten Wandung (12, 14) aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Verstellmittel (28) zum Verfahren der ersten und/oder der zweiten Wandung (12, 14).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellmittel (28) eine Antriebsvorrichtung (30) und eine Führungsvorrichtung (32) zum Verfahren der ersten und der zweiten Wandung (12, 14) aufweisen.
12. Verfahren zum Herstellen eines Schaumstoffblocks (52), umfassend folgende Schritte: – Befüllen eines Formraums (16) zum Formen des Schaumstoffblocks (52) mit einem Granulat (50), – Zuführen eines Fluid, insbesondere von Wasserdampf, in den Formraum (16) mithilfe eines ersten Führungsmittels (42) derart, dass mindestens der Eintritt des Fluids parallel zu einer Achse (A) in den Formraum (16) erfolgt, – Abführen des Fluids, insbesondere des Wasserdampfs, aus dem Formraum (16) mithilfe eines weiteren Führungsmittels (45), – Verfahren der ersten und/oder der zweiten Wandung (12, 14) mit einem Verstellmittel (28) entlang der Achse (A) von einer ersten Position (α) in eine zweite Position (β), wobei das Verfahren während des Schrittes des Zuführens und des Abführens des Fluides in den oder aus dem Formraum (16) erfolgt.
13. Verfahren zum Herstellen eines Schaumstoffblocks (52), umfassend folgende Schritte: – Befüllen eines Formraums (16) zum Formen des Schaumstoffblocks (52) mit einem Granulat (50), – Zuführen eines Fluid, insbesondere von Wasserdampf, in den Formraum (16) mithilfe eines ersten Führungsmittels (42), – Durchleiten des Fluides, insbesondere des Wasserdampfs, durch den Formraum (16) parallel zu einer Achse (A), – Abführen des Fluids, insbesondere des Wasserdampfs, aus dem Formraum (16) mithilfe des zweiten Führungsmittels (44), – Verfahren der ersten und/oder der zweiten Wandung (12, 14) mit einem Verstellmittel (28) entlang der Achse (A) von einer ersten Position (α) in eine zweite Position (β), wobei das Verfahren der ersten und/oder der zweiten Wandung (12, 14) während des Zuführens, des Durchleitens und des Abführens des Fluides erfolgt, – Zuführen des Fluids, insbesondere des Wasserdampfs, in den Formraum (16) mithilfe des zweiten Führungsmittels (44), – Durchleiten des Fluids, insbesondere des Wasserdampfs, durch den Formraum (16) parallel zur Achse (A), – Abführen des Fluids, insbesondere des Wasserdampfs, aus dem Formraum (16) mithilfe des ersten Führungsmittels (42), und – Verfahren der ersten und/oder der zweiten Wandung (12, 14) mit einem Verstellmittel (28) entlang der Achse (A) von der zweiten Position (β) in eine dritte Position (γ), wobei das Volumen des Formraums (16) in der zweiten Position (β) und/oder in der dritten Position (γ) größer ist als in der ersten Position (α) der Wandungen (12, 14), wobei das Verfahren der ersten und/oder der zweiten Wandung (12, 14) während des Zuführens, des Durchleitens und des Abführens des Fluides erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, weiterhin umfassend folgenden Schritt: – Schneiden des Schaumstoffblocks (52) entlang einer Schnittebene (48) mit einem Normalenvektor (V_n), der parallel zur parallel zur Achse (A) verläuft.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Formraums (16) in der zweiten Position (β) größer oder kleiner ist als in der ersten Position (α) der Wandungen (12, 14).
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte automatisch ausgeführt werden.

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