DE102020104520A1 - Method for producing a component with a core made of foamed insulating material - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit einem Kern aus geschäumtem Isoliermaterial, insbesondere zum Herstellen von Bodenelementen, Deckenelementen oder Wandelementen mit einem Kern aus geschäumtem Isoliermaterial. Eine erste Deckplatte des Bauteils dient als Grundfläche, auf die das Isoliermaterial aufgetragen wird, das während des Auftragens aufschäumt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Kern in aufeinander aufbauenden Schichten aus Isoliermaterial erzeugt wird, wobei die einzelnen Schichten in sich wiederholenden Arbeitsschritten nacheinander aufgetragen werden. Das aufschäumende Isoliermaterial wird mit einem in vorbestimmter Höhe über der Deckplatte verfahrbaren Spritzkopf eingespritzt und vor jeder neuen Schicht des Isoliermaterials wird die Höhe der Oberfläche, auf die die nächste Schicht Isoliermaterial aufgebracht werden soll, ermittelt. Anhand der ermittelten Höhe wird die Dicke der nächsten Schicht Isoliermaterial eingestellt. Weiterhin wird das geschäumte Isoliermaterial nach Erreichen einer vorbestimmten Schichtdicke vor einer Weiterbearbeitung getrocknet und härtet aus. Das überschüssige Isoliermaterial wird nach dem Aushärten abgeschnitten und der Kern aus geschäumtem Isoliermaterial wird mit einer zweiten Deckplatte derart abgedeckt, dass der Kern aus geschäumtem Isoliermaterial an einander gegenüberliegenden Seiten von den Deckplatten eingefasst ist.The invention relates to a method for producing a component with a core made of foamed insulating material, in particular for producing floor elements, ceiling elements or wall elements with a core made of foamed insulating material. A first cover plate of the component serves as the base surface on which the insulating material is applied, which foams during application. The method is characterized in that the core is produced in layers of insulating material that build on one another, the individual layers being applied one after the other in repetitive work steps. The foaming insulating material is injected with a spray head that can be moved to a predetermined height above the cover plate and the height of the surface to which the next layer of insulating material is to be applied is determined before each new layer of insulating material. Based on the determined height, the thickness of the next layer of insulation material is set. Furthermore, after a predetermined layer thickness has been reached, the foamed insulating material is dried and cured before further processing. The excess insulating material is cut off after hardening and the core made of foamed insulating material is covered with a second cover plate in such a way that the core made of foamed insulating material is framed by the cover plates on opposite sides.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit einem Kern aus geschäumtem Isoliermaterial, insbesondere zum Herstellen von Bodenelemente, Deckenelementen oder Wandelementen mit einem Kern aus geschäumtem Isoliermaterial, bei dem eine erste Deckplatte des Bauteils als Grundfläche dient, auf die das Isoliermaterial aufgetragen wird, wobei das Isoliermaterial während des Auftragens aufschäumt. Weiter betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zum Auftragen wenigstens eines Kerns aus geschäumtem Isoliermaterial eines Bauteils.The invention relates to a method for producing a component with a core made of foamed insulating material, in particular for producing floor elements, ceiling elements or wall elements with a core made of foamed insulating material, in which a first cover plate of the component serves as the base area on which the insulating material is applied, wherein the insulating material foams during application. The invention also relates to a device for applying at least one core made of foamed insulating material to a component.
Büro- und Wohncontainer können in Abhängigkeit von einer späteren Verwendung aus Gründen der Energieeffizienz in Decken, Böden oder Wänden einen Kern aus Isoliermaterial aufweisen. Der Kern besteht zumeist aus geschäumtem Isoliermaterial, insbesondere Polyurethan-Schaum. Dieses wird zumeist mit einem Spritzkopf direkt auf dem Bauteil, in dem Bauteil oder in bzw. auf einem Teil des Bauteils aufgeschäumt. Beim Aufbringen bläht das Isoliermaterial stark auf und wächst innerhalb von Sekunden zu einer fest aushärtenden Schaumschicht mit guten thermischen Isoliereigenschaften an. Die Volumenzunahme des Isoliermaterials hängt dabei während der Herstellung von einer Vielzahl an Parametern ab, deren qualitativer und quantitativer Einfluss bisher nur rudimentär bekannt ist, so dass eine finale Höhe beziehungsweise Dicke des Kerns aus Isoliermaterial nur in sehr groben Grenzen einstellbar ist. Aktuell werden die Bauteile daher noch über eine vorgegebene Sollhöhe hinaus überspritzt, um die geforderte Mindestfüllhöhe sicher zu erreichen.Office and residential containers, depending on their later use, can have a core made of insulating material in the ceilings, floors or walls for reasons of energy efficiency. The core mostly consists of foamed insulating material, in particular polyurethane foam. This is mostly foamed directly onto the component, in the component or in or on a part of the component using an extrusion head. When it is applied, the insulation material expands and grows within seconds to form a hard-setting foam layer with good thermal insulation properties. The increase in volume of the insulating material depends on a large number of parameters during production, the qualitative and quantitative influence of which is so far only rudimentary known, so that a final height or thickness of the core made of insulating material can only be set within very rough limits. The components are currently being overmolded beyond a specified target height in order to reliably achieve the required minimum filling level.
Da eine wesentliche Anforderung darin besteht, dass der Kern aus geschäumtem Isoliermaterial eine finale Dicke innerhalb eines kleinen Toleranzbereichs aufweist, sind infolgedessen umfangreiche, manuelle Nacharbeiten zu leisten, die mit einer großen Menge zu entsorgenden Abfällen einhergehen. Darüber hinaus müssen beim Auftragen des Kerns aus Isoliermaterial auch Unebenheiten der Deckplatte sowie individuelle Eigenarten, wie zum Beispiel Plattengeometrie, Sicken oder Ähnliches egalisiert werden, so dass eine möglichst ebene Oberfläche des Kerns entsteht.Since an essential requirement is that the core made of foamed insulating material has a final thickness within a small tolerance range, extensive manual reworking is required as a result, which is associated with a large amount of waste to be disposed of. In addition, when the core made of insulating material is applied, unevenness in the cover plate and individual characteristics, such as plate geometry, beads or the like, must be leveled out so that the surface of the core is as flat as possible.
Um das Problem stark unebener Oberflächen zu umgehen, ist aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, dass auch bei großflächigen Bauteilen die Herstellung eines Kerns aus geschäumtem Isoliermaterial ermöglicht und bei dem Nacharbeiten durch eine möglichst ebene Oberfläche des geschäumten Kerns minimiert sind.The object of the invention is to provide a method that enables the production of a core from foamed insulating material even in the case of large-area components and that is minimized during reworking by a surface of the foamed core that is as flat as possible.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils nachgeordneten Patentansprüchen angegeben.This object is achieved with a method with the features of claim 1 and a device with the features of claim 11. Further developments and advantageous configurations are specified in the respective subordinate claims.
Das Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit einem Kern aus geschäumtem Isoliermaterial, insbesondere zum Herstellen von Bodenelementen, Deckenelementen oder Wandelementen mit einem Kern aus geschäumtem Isoliermaterial, bei dem eine erste Deckplatte des Bauteils als Grundfläche dient, auf die das Isoliermaterial aufgetragen wird, wobei das Isoliermaterial während des Auftragens aufschäumt, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Kern aus Isoliermaterial in aufeinander aufbauenden Schichten aus Isoliermaterial erzeugt wird, wobei die einzelnen Schichten in sich wiederholenden Arbeitsschritten nacheinander aufgetragen werden, dass das aufschäumende Isoliermaterial mit einem in vorbestimmter Höhe über der Deckplatte verfahrbaren Spritzkopf eingespritzt wird, dass vor jeder neuen Schicht des Isoliermaterials die Höhe der Oberfläche, auf die die nächste Schicht Isoliermaterial aufgebracht werden soll, ermittelt wird und anhand der ermittelten Höhe in Abhängigkeit von gegebenenfalls bereits aufgebrachten Schichten Isoliermaterial die Dicke der nächsten Schicht Isoliermaterial eingestellt wird, dass das geschäumte Isoliermaterial nach Erreichen einer vorbestimmten Schichtdicke vor einer Weiterbearbeitung getrocknet wird und aushärtet, dass überschüssiges Isoliermaterial nach dem Aushärten abgeschnitten wird, und dass der Kern aus geschäumtem Isoliermaterial mit einer zweiten Deckplatte derart abgedeckt wird, dass der Kern aus geschäumtem Isoliermaterial an einander gegenüberliegenden Seiten von den Deckplatten eingefasst ist.The method for producing a component with a core made of foamed insulating material, in particular for producing floor elements, ceiling elements or wall elements with a core made of foamed insulating material, in which a first cover plate of the component serves as the base surface to which the insulating material is applied, the insulating material foams during application, is characterized according to the invention in that the core of insulating material is produced in layers of insulating material that build on one another, the individual layers being applied one after the other in repetitive work steps, so that the foaming insulating material can be moved at a predetermined height above the cover plate Spray head is injected so that before each new layer of insulating material, the height of the surface to which the next layer of insulating material is to be applied is determined and based on the determined height as a function of the given If the layers of insulation material have already been applied, the thickness of the next layer of insulation material is set so that the foamed insulation material is dried and cured after reaching a predetermined layer thickness before further processing, that excess insulation material is cut off after curing, and that the core made of foamed insulation material with a second Cover plate is covered in such a way that the core of foamed insulating material is enclosed on opposite sides by the cover plates.
Indem vor dem Auftragen einer neuen Schicht Isoliermaterial die Höhe der Oberfläche, auf die die Schicht Isoliermaterial aufgebracht werden soll, ermittelt wird und damit der Abstand dieser Oberfläche zu dem verfahrbaren Spritzkopf bestimmt wird, kann die Dicke der nachfolgenden Schicht möglichst exakt eingestellt werden. Die Einstellung der Dicke erfolgt vorteilhafterweise über die in einem Teilbereich oder Flächenabschnitt aufgetragene Masse Isoliermaterial.By determining the height of the surface to which the layer of insulating material is to be applied prior to the application of a new layer of insulating material and thus determining the distance between this surface and the movable spray head, the thickness of the subsequent layer can be set as precisely as possible. The adjustment of the thickness takes place advantageously via the mass of insulating material applied in a partial area or surface section.
Die in einem jeweiligen Teilbereich oder auf einem Flächenabschnitt der Deckplatte aufgetragene Masse Isoliermaterial kann angepasst werden, indem unterschiedlichen Teilbereichen oder Flächenabschnitten unterschiedliche Massen Isoliermaterial zuordenbar sind, insbesondere in Abhängigkeit von einer jeweiligen Volumenzunahme des Isoliermaterials, das heißt einem jeweiligen Schaumwachstum, zuordenbar sind. Neben dem Schaumwachstum sind dabei insbesondere auch Eigenarten in der Bauteilgeometrie, insbesondere in der Deckplatte, wie Sicken, Erhebungen, Vertiefungen oder Ähnliches, auf die das Isoliermaterial aufgetragen wird, zu beachten. Bei einem aus mehreren Schichten zusammengesetzten Kern des Bauteils können Unebenheiten somit mit jeder aufzutragenden Schicht neu ausgeglichen und verringert werden. Im Ergebnis weist der Kern des Bauteils aus Isoliermaterial dann eine gegenüber dem Stand der Technik ebenere Oberfläche auf. Zudem sind Unterfüllungen aufgrund von in bestimmten Bereichen des Bauteils weniger stark aufblähendem beziehungsweise aufschäumendem Isoliermaterial effektiv vermieden. Der Kern aus Isoliermaterial muss somit nicht mehr oder nur weniger weit oberhalb einer Sollhöhe hinaus erstellt werden, um sicherzustellen, dass eine geforderte Mindestfüllhöhe sicher erreicht wird, so dass deutlich weniger Abfälle an Isolierschaum anfallen.The mass of insulating material applied in a respective sub-area or on a surface section of the cover plate can be adapted by assigning different masses of insulating material to different sub-areas or surface sections, in particular depending on a respective increase in volume of the insulating material, i.e. a respective foam growth. In addition to foam growth, particular features in the component geometry, in particular in the cover plate, such as beads, elevations, depressions or the like, to which the insulating material is applied, must be taken into account. In the case of a core of the component composed of several layers, unevenness can thus be compensated for and reduced with each layer to be applied. As a result, the core of the component made of insulating material then has a surface that is more even than in the prior art. In addition, underfills are effectively avoided due to the insulating material that inflates or foams less in certain areas of the component. The core of insulating material therefore no longer has to be created, or only to a lesser extent, above a target height in order to ensure that a required minimum fill level is reliably achieved, so that significantly less insulation foam is produced.
Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren kürzere Prozesszeiten und geringere Personalkosten. Beides wird maßgeblich durch weniger manuelle Nacharbeiten aufgrund abzuschneidenden Isolierschaums erreicht. Aber auch durch weniger Wiederholungen, da aufgrund der mit höherer Genauigkeit erreichbaren Mindestfüllhöhe nur zwei bis drei anstatt vier Schichten Isoliermaterial aufgetragen werden müssen. Weniger Nacharbeiten und geringere Mengen überstehender Isolierschaum führen zugleich zu weniger Abfällen, so dass weniger Entsorgungskosten für den abgeschnittenen Isolierschaum anfallen.In addition, the method according to the invention enables shorter process times and lower personnel costs. Both of these are achieved through less manual reworking due to the insulating foam that has to be cut off. But also through fewer repetitions, since only two to three instead of four layers of insulating material have to be applied due to the minimum fill level that can be achieved with greater accuracy. Less reworking and smaller amounts of protruding insulating foam also lead to less waste, so that there are fewer disposal costs for the cut-off insulating foam.
Die Dicke der einzelnen Schichten des Isoliermaterials kann dabei auf einfache Weise über die aufgetragene Masse Isoliermaterial je Fläche beziehungsweise je Flächenabschnitt geregelt werden. In Bereichen, Teilbereichen oder Flächenabschnitten des Bauteils mit gegenüber anderen Bereichen, Teilbereichen oder Flächenabschnitten geringerem Schaumwachstum kann dementsprechend mehr Masse Isoliermaterial je Fläche beziehungsweise je Flächenabschnitt aufgetragen werden. Damit lassen sich Höhenunterschiede der Schichten des Kerns aus Isoliermaterial, welche beispielsweise aufgrund eines unterschiedlich starken Schaumwachstums oder einer bestimmten Bauteilgeometrie bedingt sein können, ausgleichen. Entsprechend wird dann weniger Masse Isoliermaterial je Fläche oder Flächenabschnitt in Bereichen des Bauteils mit starkem Schaumwachstum aufgetragen. Die ausgebrachte Masse Isoliermaterial wird während des Auftragens somit dynamisch angepasst.The thickness of the individual layers of the insulating material can be regulated in a simple manner via the applied mass of insulating material per surface or per surface section. In areas, subareas or surface sections of the component with less foam growth compared to other areas, subareas or surface sections, a correspondingly larger mass of insulating material can be applied per surface or per surface section. In this way, differences in height of the layers of the core made of insulating material, which may be due, for example, to different degrees of foam growth or a certain component geometry, can be compensated. Correspondingly, less mass of insulating material is then applied per surface or surface section in areas of the component with strong foam growth. The applied mass of insulating material is dynamically adapted during the application.
Hierzu kann nach einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass ein mit dem Spritzkopf bei gleichbleibender Verfahrgeschwindigkeit über der Deckplatte aufgetragener Massenstrom des Isoliermaterials je Flächenabschnitt angepasst wird. Die Verfahrgeschwindigkeit des Spritzkopfs bleibt somit über einen gesamten Schäumprozess gleich und es wird nur die Masse Isoliermaterial verändert, das heißt die Durchflussmenge Isoliermaterial gesteuert, die in einem Teilbereich oder in einem Flächenabschnitt aufgetragen wird.For this purpose, it can be provided according to a further development that a mass flow of the insulating material applied over the cover plate with the spray head at constant travel speed is adapted for each surface section. The travel speed of the spray head thus remains the same over the entire foaming process and only the mass of insulating material is changed, i.e. the flow rate of insulating material that is applied in a partial area or in a surface section is controlled.
Gemäß einer anderen Weiterbildung kann der Spritzkopf bei konstantem Massenstrom Isoliermaterial mit an die Höhe der Oberfläche angepasster Geschwindigkeit über der Deckplatte verfahren werden. Die Verfahrgeschwindigkeit des Spritzkopfs wird somit während des Auftragens des Isoliermaterials dynamisch gesteuert. Sowohl eine Anpassung der Geschwindigkeit des Spritzkopfs als auch des ausgegebenen Massenstroms, das heißt der Durchflussmenge, ermöglichen eine entsprechende Verteilung des Isoliermaterials, wobei die Masse Isoliermaterial derart verteilt wird, dass der herzustellende Kern aus Isoliermaterial eine möglichst ebene Oberfläche und damit über seine gesamte Flächenausdehnung möglichst einheitliche, gleiche Dicke mit gleichem Schaumwachstum aufweist.According to another development, the spray head can be moved over the cover plate at a constant mass flow of insulating material at a speed adapted to the height of the surface. The speed of movement of the spray head is thus dynamically controlled while the insulating material is being applied. Both an adjustment of the speed of the spray head and the output mass flow, i.e. the flow rate, enable a corresponding distribution of the insulating material, the mass of insulating material being distributed in such a way that the core to be produced from insulating material has a surface that is as flat as possible and thus as far as possible over its entire area has uniform, same thickness with the same foam growth.
Auch ist eine Kombination mit sowohl veränderlicher Geschwindigkeit des Spritzkopfs als auch veränderlichem Massenstrom des Isoliermaterials möglich. Bevorzugt wird der Spritzkopf dabei robotergesteuert und bewegt sich selbstständig über der Deckplatte. Eine solche automatische Steuerung verringert durch menschliches Eingreifen bedingte Fehler.A combination with both a variable speed of the spray head and a variable mass flow of the insulating material is also possible. The spray head is preferably robot-controlled and moves independently over the cover plate. Such automatic control reduces human intervention errors.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Spritzkopf, insbesondere der robotergesteuerte Spritzkopf, in einer mäanderförmigen Bewegung über die eine Grundfläche ausbildende Deckplatte geführt sein. Die mit dem Spritzkopf mäanderförmig aufgetragenen Bahnen einer Schicht Isoliermaterial liegen somit immer an einer unmittelbar zuvor aufgetragenen Bahn an, so dass die Schicht Isoliermaterial von einem bereits aufgetragenen Ende her aushärten kann und somit mehrere Teilprozesse des Schäumprozesses unter optimaler Zeitausnutzung zumindest teilweise parallel erfolgen können. In Abhängigkeit vom jeweiligen Schaumwachstum des Isoliermaterials können zudem Abstände zwischen den einzelnen, mäanderförmig aufgebrachten Bahnen variiert werden, um eine vorbestimmte Dicke des Kerns aus Isoliermaterial des Bauteils sicherzustellen.According to an advantageous embodiment of the invention, the spray head, in particular the robot-controlled spray head, can be guided in a meandering movement over the cover plate forming a base area. The webs of a layer of insulating material applied in a meandering manner with the spray head therefore always lie against a web applied immediately before, so that the layer of insulating material can harden from an end that has already been applied and thus several sub-processes of the foaming process can take place at least partially in parallel with optimal use of time. Depending on the respective foam growth of the insulating material, the distances between the individual, meandering strips can also be varied in order to ensure a predetermined thickness of the core made of insulating material of the component.
Nach einer Weiterbildung ist zudem vorgesehen, dass vor dem Auftragen des Isoliermaterials zuerst ein zu einer Wandseite offener Kasten aus einer Deckplatte und die Deckplatte einfassenden Rahmenelementen zusammengefügt wird und dann der Kasten mit Isoliermaterial ausgeschäumt wird. Dieser Kasten beziehungsweise Behälter aus einer Deckplatte und die Deckplatte einfassenden Rahmenelementen muss dann beim Ausschäumen nur noch verfüllt werden, das heißt der herzustellende Kern aus Isoliermaterial ist an seinen mit den Rahmenelementen versehenen Rändern begrenzt und erfordert somit an den Rändern mit Rahmenelementen keine oder nur geringere Nacharbeiten. Nach dem Ausschäumen kann der Kasten aus Deckplatte und Rahmenelementen an seiner zu dem Kern offenen Seite mit der weiteren Deckplatte derart abgedeckt werden, dass der Kern aus geschäumtem Isoliermaterial vollständig umschlossen ist. In weiterer Ausgestaltung können die Deckplatten und Rahmenelemente miteinander verschweißt oder verklebt sein.According to a further development, it is also provided that, before the insulating material is applied, first a box open to one wall side is assembled from a cover plate and frame elements enclosing the cover plate, and then the box is filled with insulating material. This box or container made of a cover plate and frame elements enclosing the cover plate then only needs to be filled when foaming, i.e. the core to be produced from insulating material is limited at its edges provided with the frame elements and thus requires little or no reworking on the edges with frame elements . After foaming, the box made of cover plate and frame elements can be covered on its side open to the core with the further cover plate in such a way that the core made of foamed insulating material is completely enclosed. In a further embodiment, the cover plates and frame elements can be welded or glued to one another.
Für das Verfahren bevorzugt vorgesehene Polyurethan-Schäume bestehen aus einer 2-Komponenten-Mischung von Polyisocyanat und Harz. Durch das Mischen der beiden flüssigen Ausgangskomponenten, Polyisocyanat und Harz, wird eine exotherme Reaktion gestartet, bei der Polyurethan und Kohlendioxid als Treibmittel gebildet werden. Freiwerdende Reaktionswärme beeinflusst das in mehreren Teilreaktionen ablaufende Verfahren dabei zum Teil stark. So können Schaumblasen aufgrund der Reaktionswärme unter anderem unterschiedlich stark expandiert werden, während gleichzeitig Schaumbildung und Härtung des Isoliermaterials beschleunigt werden. Dadurch bedingt ist ein unterschiedliches Schaumwachstum, welches schwerlich vorhergesagt werden kann.Polyurethane foams preferably provided for the process consist of a 2-component mixture of polyisocyanate and resin. By mixing the two liquid starting components, polyisocyanate and resin, an exothermic reaction is started in which polyurethane and carbon dioxide are formed as blowing agents. The heat of reaction released has a strong influence on the process, which takes place in several partial reactions. For example, foam bubbles can be expanded to different degrees due to the heat of reaction, while at the same time foam formation and hardening of the insulating material are accelerated. This causes different foam growth, which can hardly be predicted.
Dem kann nach einer Weiterbildung dadurch entgegengewirkt werden, dass die Deckplatte oder der Kasten beziehungsweise der Behälter aus Deckplatte und Rahmenelementen oder der gesamte Bereich, in dem das Isoliermaterial aufgetragen wird, temperiert wird, insbesondere mittels Prozessabwärme vorgewärmt wird. Die Temperierung ermöglicht eine größere Kontrolle und Vorhersage des Schaumwachstums des Isoliermaterials beim Auftragen dieses, so dass im Ergebnis eine ebenere Oberfläche des Kerns aus geschäumtem Isoliermaterial erreicht ist. Durch Temperaturunterschiede oder unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten, beispielsweise zwischen der Deckplatte und bereits aufgetragenem Isoliermaterial, bedingte unterschiedliche Erwärmungen, welche zu einer unterschiedlichen Schaumexpansion führen, können so minimiert werden. Gleiches betrifft die Temperatur der Ausgangskomponenten des Isoliermaterials, die ebenfalls temperiert werden können. Die Nutzung von Prozessabwärme stellt dabei eine besonders energieeffiziente und damit umweltfreundliche Ausgestaltung dar, bei der Energie nicht gesondert erzeugt und bereitgestellt werden muss.According to a further development, this can be counteracted in that the cover plate or the box or the container made of cover plate and frame elements or the entire area in which the insulating material is applied is tempered, in particular preheated by means of waste process heat. The temperature control enables greater control and prediction of the foam growth of the insulating material when it is applied, so that as a result a more even surface of the core made of foamed insulating material is achieved. Different heating caused by temperature differences or different thermal conductivities, for example between the cover plate and already applied insulating material, which lead to different foam expansion, can thus be minimized. The same applies to the temperature of the starting components of the insulating material, which can also be tempered. The use of process waste heat represents a particularly energy-efficient and therefore environmentally friendly design, in which energy does not have to be generated and provided separately.
Eine weitere Einflussgröße neben der Temperatur oder Wärmeleitfähigkeit ist vor allem Feuchtigkeit, insbesondere Luftfeuchtigkeit, Feuchtigkeit des Bauteils selbst oder Teile dieses. Neben der Temperatur kann für das Schäumen daher nach einer Weiterbildung auch eine bestimmte Feuchtigkeit, insbesondere Luftfeuchtigkeit eingestellt werden.A further influencing variable in addition to the temperature or thermal conductivity is above all moisture, in particular air humidity, moisture of the component itself or parts of it. In addition to the temperature, a specific humidity, in particular air humidity, can therefore also be set for foaming according to a further development.
Um äußere Einflussgrößen, die das Verfahren, insbesondere das Schaumwachstum, beeinträchtigen könnten, gering zu halten, kann der Kern aus geschäumtem Isoliermaterial auch in einem gegen Umwelteinflüsse geschützten Raum oder einer entsprechenden Kabine aufgetragen werden. Dieser geschützte Raum kann dann anstatt oder zusätzlich zu einer Temperierung vorgesehen sein, da damit ein Wärmetransport mittels Umgebungsluft verringert ist. Auch lässt sich in einem solchen geschützten Raum besonders einfach eine bestimmte Luftfeuchtigkeit einstellen.In order to keep external influencing variables that could impair the process, in particular foam growth, low, the core made of foamed insulating material can also be applied in a room protected from environmental influences or in a corresponding cabin. This protected space can then be provided instead of or in addition to temperature control, since it reduces heat transport by means of ambient air. A certain humidity can also be set particularly easily in such a protected space.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass abgeschnittener Isolierschaum des Isoliermaterials in den Herstellungsprozess rückgeführt wird. Damit können die gegenüber dem Stand der Technik durch die ebenere Oberfläche schon reduzierten Abfälle an Isolierschaum bei der Herstellung nochmals verringert werden.In a further embodiment of the method, it is provided that the insulating foam cut from the insulating material is fed back into the manufacturing process. In this way, the insulation foam waste, which has already been reduced compared to the prior art due to the even surface, can be reduced again during manufacture.
Um den in den Herstellungsprozess rückzuführenden Isolierschaum möglichst gleichmäßig in einen Kern eines anderen Bauteils einarbeiten zu können, kann dieser für die Rückführung geschreddert werden. Die geschredderten Abfälle aus Isolierschaum können dann in beziehungsweise zwischen den nacheinander aufzutragenden Schichten Isoliermaterial während des Herstellens des Kerns aus Isoliermaterial verteilt werden, insbesondere eingestreut oder eingeblasen werden.In order to be able to incorporate the insulating foam to be returned into the manufacturing process as evenly as possible into a core of another component, it can be shredded for return. The shredded waste of insulating foam can then be distributed, in particular sprinkled or blown in, in or between the layers of insulating material to be applied one after the other during the manufacture of the core made of insulating material.
Nach einer Weiterbildung kann überstehender Isolierschaum nach dem Auftragen und Aushärten der Schichten des Kerns aus Isoliermaterial auch automatisch abgeschnitten werden. Die Nacharbeiten müssen dann nicht mehr manuell durchgeführt werden, wodurch sich nochmals Personalkosten senken lassen.According to a further development, protruding insulating foam can also be automatically cut off after the layers of the core made of insulating material have been applied and hardened. The rework then no longer has to be carried out manually, which further reduces personnel costs.
Weiter betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zum Auftragen wenigstens eines Kerns aus geschäumtem Isoliermaterial eines Bauteils, insbesondere zum Herstellen von Bauteilen mit einem Kern aus geschäumtem Isoliermaterial, insbesondere zum Herstellen von Bodenelementen, Deckenelementen oder Wandelementen mit einem Kern aus geschäumten Isoliermaterial, aufweisend eine Arbeitsfläche, die einen Untergrund zur Anordnung des herzustellenden Bauteils bildet, und einen Spritzkopf zum Auftragen von zu schäumendem Isoliermaterial. Diese Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Spritzkopf in vorbestimmtem Abstand zu der Arbeitsfläche gehalten ist und in dieser Höhe oberhalb der Arbeitsfläche verfahrbar ist, und dass dem Spritzkopf oder der Arbeitsfläche wenigstens ein Sensor zugeordnet ist, mit dem die Höhe einer Oberfläche über der Arbeitsfläche, auf die wenigstens eine Schicht Isoliermaterial aufgebracht werden soll, ermittelbar ist.The invention also relates to a device for applying at least one core made of foamed insulating material of a component, in particular for producing components with a core made of foamed insulating material, in particular for producing floor elements, ceiling elements or wall elements with a core made of foamed insulating material, having a work surface, the one underground for the arrangement of the The component to be produced forms, and a spray head for applying insulating material to be foamed. According to the invention, this device is characterized in that the spray head is held at a predetermined distance from the work surface and can be moved at this height above the work surface, and that at least one sensor is assigned to the spray head or the work surface, with which the height of a surface above the Working surface on which at least one layer of insulating material is to be applied can be determined.
Mit dem Sensor wird dann in Abhängigkeit von einem bisherigen Schaumwachstum ermittelt, wie viel Isoliermaterial auf einen Teilbereich oder einen Flächenabschnitt eines auf der Arbeitsfläche angeordneten Bauteils beziehungsweise Teil eines Bauteils aufgebracht werden muss, um eine bestimmte Schichtdicke eines Kerns aus Isoliermaterial in beziehungsweise auf dem Flächenabschnitt zu erreichen. Sensor und Spritzkopf stehen dabei in weiterer Ausgestaltung derart miteinander in Verbindung, dass in Abhängigkeit von einem mit dem Sensor erfassten Wert bezüglich der Höhe einer Oberfläche oberhalb der Arbeitsfläche, auf die das Isoliermaterial aufgetragen werden soll, der Spritzkopf gesteuert wird, insbesondere dynamisch gesteuert wird.The sensor is then used to determine, depending on previous foam growth, how much insulation material has to be applied to a partial area or a surface section of a component or part of a component arranged on the work surface in order to achieve a certain layer thickness of a core made of insulating material in or on the surface section reach. In a further embodiment, the sensor and the spray head are connected to one another in such a way that the spray head is controlled, in particular dynamically controlled, as a function of a value recorded by the sensor relating to the height of a surface above the work surface to which the insulating material is to be applied.
Nach einer Weiterbildung erfolgt die Steuerung des Spritzkopfs dadurch, dass dieser eine Ausgabedüse aufweist, die derart regelbar ist, dass diese einen veränderlichen Massenstrom Isoliermaterial auftragen kann. Eine solche Ausgabedüse ermöglicht eine dynamische Anpassung der Durchflussmenge während des Auftragens des Isoliermaterials, insbesondere während des Auftragens einer Schicht des Isoliermaterials. Bei konstanter Verfahrgeschwindigkeit des Spritzkopfs wird so auf verschiedene Flächenabschnitte beziehungsweise Teilbereiche des auf der Arbeitsfläche angeordneten Bauteils oder Teil des Bauteils, insbesondere der Deckplatte, in Abhängigkeit von einem in diesen Teilbereichen oder Flächenabschnitten erfolgten Schaumwachstum, eine bestimmte Menge Isoliermaterial aufgetragen.According to a further development, the spray head is controlled in that it has an output nozzle which can be regulated in such a way that it can apply a variable mass flow of insulating material. Such a dispensing nozzle enables a dynamic adjustment of the flow rate during the application of the insulating material, in particular during the application of a layer of the insulating material. With a constant travel speed of the spray head, a certain amount of insulating material is applied to different surface sections or sub-areas of the component or part of the component arranged on the work surface, in particular the cover plate, depending on foam growth in these sub-areas or surface sections.
In die Ausgabedüse kann dazu ein entsprechendes Stellventil integriert sein. Das Stellventil wird dann in Abhängigkeit von einem mit dem Sensor zu dem Flächenabschnitt oder Teilbereich des Bauteils ermittelten Wert gesteuert.For this purpose, a corresponding control valve can be integrated into the dispensing nozzle. The control valve is then controlled as a function of a value determined with the sensor for the surface section or partial area of the component.
Nach einer alternativen Weiterbildung kann eine entsprechende Verteilung des Isoliermaterials, in Abhängigkeit von einem bisherigen Schaumwachstum zuvor aufgebrachter Schichten, aber auch durch einen Spritzkopf mit steuerbarer Verfahrgeschwindigkeit erreicht sein. Ein solcher Spritzkopf mit steuerbarer Verfahrgeschwindigkeit benötigt dann keine stellbare Ausgabedüse, um die Durchflussmenge Isoliermaterial zu regeln, da das Material mit konstantem Massenstrom aufgetragen werden kann. Im Ergebnis erfolgt bei beiden Weiterbildungen eine über die Fläche dynamische Steuerung der aufgetragenen Masse Isoliermaterial, wobei ein Spritzkopf beide Merkmale, das heißt sowohl die regelbare Ausgabedüse als auch eine veränderliche Verfahrgeschwindigkeit, aufweisen kann.According to an alternative development, a corresponding distribution of the insulating material can be achieved as a function of previous foam growth of previously applied layers, but also by a spray head with controllable travel speed. Such a spray head with controllable travel speed then does not need an adjustable dispensing nozzle in order to regulate the flow rate of insulating material, since the material can be applied with a constant mass flow. As a result, in both developments there is a dynamic control of the applied mass of insulating material over the surface, wherein a spray head can have both features, that is, both the controllable dispensing nozzle and a variable travel speed.
Auf einfache Weise kann der Spritzkopf an einem Roboter gehalten und geführt sein. Der Roboter ist in weiterer Ausgestaltung derart konstruiert, dass dieser geeignet ist, den Spritzkopf in einer Ebene oberhalb der Arbeitsfläche zu verschieben, wobei der Spritzkopf mit der Ausgabedüse in der gesamten Ebene oberhalb der Arbeitsfläche so zu positionieren ist, dass auf der gesamten Arbeitsfläche Isoliermaterial auf ein Bauteil auftragbar ist. Für die Konstruktion des Roboters kommen daher verschiedene Ausführungen von einem Roboterarm bis zu einem Traggerüst mit geeigneten Verfahrelementen infrage.The spray head can be held and guided on a robot in a simple manner. In a further embodiment, the robot is designed in such a way that it is suitable for moving the spray head in a plane above the work surface, the spray head with the dispensing nozzle being positioned in the entire plane above the work surface in such a way that insulating material is applied to the entire work surface a component can be applied. For the construction of the robot, various designs from a robot arm to a support frame with suitable moving elements come into question.
Als Sensor bevorzugt ist wenigstens ein 3-D-Laserscanner oder wenigstens ein Abstandssensor vorgesehen. Der Sensor ist weiterhin möglichst so an der Vorrichtung anzuordnen, dass zwischen diesem und dem zu erfassenden Bereich, das heißt der Arbeitsfläche, dem auf der Arbeitsfläche aufliegenden Bauteil oder der geschäumten Oberfläche oberhalb der Arbeitsfläche, keine die Messung beeinträchtigenden Einflussfaktoren vorliegen. Beispielsweise könnte der Spritzkopf des Roboters einen solchen Einflussfaktor darstellen, wenn dieser in dem Raum zwischen zu vermessender Oberfläche der Arbeitsfläche und Sensor bewegt wird oder auch andere Gegenstände in diesen Raum hineinragen.At least one 3-D laser scanner or at least one distance sensor is preferably provided as the sensor. The sensor should also be arranged on the device in such a way that between it and the area to be detected, i.e. the work surface, the component resting on the work surface or the foamed surface above the work surface, there are no influencing factors that would impair the measurement. For example, the spray head of the robot could represent such an influencing factor if it is moved in the space between the surface of the work surface to be measured and the sensor or if other objects also protrude into this space.
Nach einer Weiterbildung kann der Sensor daher zusammen mit dem Spritzkopf oberhalb der Arbeitsfläche verfahrbar sein, wobei der Sensor derart zu dem Spritzkopf angeordnet ist, dass der Spritzkopf nachlaufend zu dem Sensor angeordnet ist. Sowohl Sensor als auch Spritzkopf können dann zusammen an dem Roboter gehalten sein. Die von dem Sensor erfassten Werte werden dabei unmittelbar, das heißt auf kürzestem Wege an den Spritzkopf weitergeleitet. Der Spritzkopf kann zur Verarbeitung der erfassten Werte eine entsprechende Steuereinheit aufweisen, über die eine entsprechende Regelung erfolgt. Eine solche Regelung betrifft beispielsweise eine Änderung der Durchflussmenge oder eine Veränderung der Verfahrgeschwindigkeit.According to a further development, the sensor can therefore be moved together with the spray head above the work surface, the sensor being arranged in relation to the spray head in such a way that the spray head is arranged following the sensor. Both the sensor and the spray head can then be held together on the robot. The values recorded by the sensor are passed on to the spray head directly, that is, via the shortest possible route. The spray head can have a corresponding control unit for processing the recorded values, via which a corresponding regulation takes place. Such a regulation relates, for example, to a change in the flow rate or a change in the travel speed.
Um die Ausgangskomponenten des Isoliermaterials, Polyisocyanat und Harz, verarbeiten zu können, weist der Spritzkopf in weiterer Ausgestaltung eine Mischeinheit auf, welcher getrennte Zuleitungen für einzelne Komponenten des aufzuschäumenden Isoliermaterials zugeordnet sind. Die einzelnen Komponenten werden der Mischeinheit dabei bevorzugt in flüssiger Form zugeführt und vereinigen sich in der Mischeinheit, die der Ausgabedüse in Strömungsrichtung des Isoliermaterials vorteilhafterweise vorgeschaltet ist.In order to be able to process the starting components of the insulating material, polyisocyanate and resin, the spray head in a further embodiment has a mixing unit to which separate feed lines for individual components of the insulating material to be foamed are assigned. The individual components become the mixing unit preferably supplied in liquid form and combine in the mixing unit, which is advantageously connected upstream of the dispensing nozzle in the direction of flow of the insulating material.
Da ein gleichmäßiges Schaumwachstum des Isoliermaterials über die gesamte Fläche des Bauteils beziehungsweise des Kerns wesentlich von der Temperatur abhängig ist, ist nach einer Weiterbildung vorgesehen, dass die Vorrichtung oder Teile dieser beheizbar sind, insbesondere temperierbar sind. Sowohl der Arbeitsfläche als auch dem Spritzkopf der Vorrichtung können daher entsprechende Mittel zum Beheizen oder Kühlen oder Beheizen und Kühlen sowie geeignete Messeinrichtungen zugeordnet sein. Darüber hinaus können Mittel vorgesehen sein, um die Bauteile oder Teile dieser Bauteile, auf die das Isoliermaterial aufgetragen beziehungsweise in die das Isoliermaterial eingespritzt werden soll, zu temperieren.Since a uniform foam growth of the insulating material over the entire surface of the component or the core is essentially dependent on the temperature, it is provided according to a further development that the device or parts thereof can be heated, in particular can be tempered. Corresponding means for heating or cooling or heating and cooling as well as suitable measuring devices can therefore be assigned to both the work surface and the spray head of the device. In addition, means can be provided to control the temperature of the components or parts of these components to which the insulating material is to be applied or into which the insulating material is to be injected.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Vorrichtung auch eine Kabine oder einen geschützten Raum aufweisen, in der beziehungsweise in dem sowohl die Arbeitsfläche als auch der Spritzkopf, insbesondere der Roboter mit dem Spritzkopf angeordnet sind. Dieser geschützte Raum beziehungsweise diese Kabine ermöglicht neben einer genauen Temperatureinstellung im Inneren auch eine Regulierung weiterer Umgebungseinflüsse, beispielsweise der Luftfeuchte und damit der Feuchtigkeit des Bauteils selbst.According to an advantageous embodiment, the device can also have a cabin or a protected space in which both the work surface and the spray head, in particular the robot with the spray head, are arranged. This protected space or this cabin enables, in addition to an exact temperature setting inside, also a regulation of other environmental influences, for example the air humidity and thus the humidity of the component itself.
Um das Bauteil beziehungsweise die Teile des Bauteils in die Kabine beziehungsweise den geschützten Raum hinein und heraus zu transportieren, kann die Arbeitsfläche Mittel zum Transportieren des Bauteils aufweisen und mit einer Transporteinheit außerhalb der Kabine beziehungsweise des geschützten Raumes zusammenwirken. Damit ist auch die Handhabung des Bauteils selbst vollständig automatisiert möglich.In order to transport the component or the parts of the component into and out of the cabin or the protected space, the work surface can have means for transporting the component and interact with a transport unit outside the cabin or the protected space. This means that handling of the component itself is also possible in a fully automated manner.
Diese Transporteinheit kann auch eine Produktionsstraße sein in der verschiedene Fertigungsschritte der Bauteile aufeinander folgend hintereinander angeordnet sind. Die Kabine oder der geschützte Raum mit dem Spritzkopf wären dann ein solcher Fertigungsschritt, anfallende Nacharbeiten oder das Zusammenfügen der Kästen würden beispielsweise weitere Fertigungsschritte darstellen.This transport unit can also be a production line in which various production steps of the components are arranged one after the other. The booth or the protected space with the spray head would then be such a production step, any reworking or the joining of the boxes would, for example, represent further production steps.
Gemäß einer anderen Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Arbeitsfläche eine automatische Abschneideinrichtung oder Hobeleinrichtung für überschüssiges Isoliermaterial zugeordnet ist, mit der in einer vorbestimmten Ebene oberhalb der Arbeitsfläche Isolierschaum von dem Bauteil, insbesondere dem Kern des Bauteils, abtragbar ist. Die Abschneideinrichtung oder Hobeleinrichtung weist dann jeweils wenigstens ein entsprechendes Werkzeug auf, mit dem der Kern aus geschäumtem Isoliermaterial nach dem Aushärten dieses auf eine bestimmte Höhe entsprechend einer geforderten Dicke des Kerns aus Isoliermaterials abtragbar ist.According to another development, it is provided that the work surface is assigned an automatic cutting device or planing device for excess insulating material, with which insulating foam can be removed from the component, in particular the core of the component, in a predetermined plane above the work surface. The cutting device or planing device then has at least one corresponding tool with which the core made of foamed insulating material can be removed after curing to a certain height corresponding to a required thickness of the core made of insulating material.
Mit einer solchen Abschneideinrichtung oder Hobeleinrichtung kann weiterhin eine Sammel- und/oder Auffangeinrichtung kombiniert sein, in der abgeschnittenes Isoliermaterial gesammelt wird. Eine solche Sammeleinrichtung könnte ein der Abschneideinrichtung oder der Hobeleinrichtung nachgeführter Schieber sein, insbesondere ein automatisch nachgeführter Schieber sein, der das abgeschnittene Isoliermaterial zu einem Sammelbehälter fördert. Alternativ könnte statt einem Schieber beispielsweise auch eine Absaugeinheit vorgesehen sein.With such a cutting device or planing device, a collecting and / or collecting device can also be combined, in which the cut-off insulating material is collected. Such a collecting device could be a slide that tracks the cutting device or the planing device, in particular an automatically tracking slide that conveys the cut-off insulating material to a collecting container. Alternatively, instead of a slide, a suction unit could also be provided, for example.
Um zu entsorgende Abfälle an Isolierschaum, insbesondere den abgetragenen, abgeschnittenen Isolierschaum, zu reduzieren, können diese auch in den Schäumprozess rückgeführt werden. Hierfür sind ein Zerkleinerer zum Schreddern des gesammelten Isoliermaterials und eine mit dem Spritzkopf zusammenwirkende Einbringeinheit für geschreddertes beziehungsweise zerkleinertes Isoliermaterial nötig. Die Einbringeinheit kann beispielsweise ein Gebläse sein, welches das geschredderte beziehungsweise zerkleinerte Isoliermaterial während des Aufschäumens untermischt, insbesondere einbläst. Dies kann zum Beispiel direkt in den Massenstrom Isoliermaterial erfolgen oder zwischen einzelnen Schichten des aufgetragenen Isoliermaterials.In order to reduce insulating foam waste to be disposed of, in particular the removed, cut-off insulating foam, it can also be returned to the foaming process. For this purpose, a shredder for shredding the collected insulating material and an insertion unit for shredded or comminuted insulating material, which interacts with the spray head, are necessary. The introduction unit can for example be a fan which mixes in the shredded or comminuted insulating material during the foaming, in particular blows it in. This can be done, for example, directly in the mass flow of insulating material or between individual layers of the applied insulating material.
Eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufs ist in der Zeichnung dargestellt.A schematic representation of the process sequence is shown in the drawing.
In einem ersten Fertigungsschritt
Das Auftragen und Verteilen des Isoliermaterials mit dem Spritzkopf erfolgt in Schichten, wobei der Spritzkopf mäanderförmig oberhalb des Bauteils geführt ist. Der Fertigungsschritt
Sobald der Kasten des Bauteils vollständig mit Isoliermaterial ausgeschäumt ist, wird dieser in einem nachfolgenden Fertigungsschritt
Die einzelnen Fertigungsschritte
Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.All of the features mentioned in the above description and in the claims can be combined in any selection with the features of the independent claim. The disclosure of the invention is therefore not restricted to the combinations of features described or claimed; rather, all combinations of features that make sense within the scope of the invention are to be regarded as disclosed.
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 1518654 B1 [0004]EP 1518654 B1 [0004]
- US 5620710 [0004]US 5620710 [0004]
- US 2004/0048941 A1 [0004]US 2004/0048941 A1 [0004]
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| EP1518654B1 (en) | 2003-09-22 | 2008-05-14 | Hennecke GmbH | Process for manufacturing polyurethane sandwich panels |
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2020
- 2020-02-20 DE DE102020104520.4A patent/DE102020104520A1/en active Pending
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