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Verfahren und Vorrichtung zum Verfestigen von plastifiziertem, ungeliertem
Vinylharzschaum durch Erwärmen mittels Hochfrequenz Bei der Herstellung von zellenartigen
Gummigegenständen ist es bekannt, Kautschukmilchschaum durch Erwärmen mittels Hochfrequenz
zu vulkanisieren.
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Es ist auch versucht worden, zur Herstellung von zellenhaltigen Kunstharzgegenständen
einen plastifizierten, ungelierten Vinylharzschaum durch Erwärmen mittels Hochfrequenz
zu verfestigen, jedoch haben diese Versuche zu keinen zufriedenstellenden Ergebnissen
geführt, weil die zum Vulkanisieren von Kautschukmilchschaum gut geeignete Hochfrequenzerwärmung
sich nicht ohne weiteres auf das Verfestigen von Vinylharzschaum übertragen läßt,
und zwar wegen der grundsätzlichen Unterschiede im Verhalten von Kautschuknilch
und einem Vinylharzplastisol bei der Erwärmung. Dies ist darauf zurückzuführen,
daß Kautschukmilch im wesentlichen eine Dispersion von zwei nicht miteinander mischbaren
Stoffen darstellt, nämlich Kautschukteilchen und Wasser, das bei der Erwärmung der
Kautschukmllch verdampft, während ein Vinylharzplastisol eine Die spersion von Vinylharzteilchen
in einem flüssigen Plastifizierungsmittel ist und diese beiden Stoffe in allen Anteilverhältnissen
bei erhöhten Temperaturen miteinander mischbar sind, wobei die Vinylharzdispersion
keine flüchtigen Bestandteile enthält, die während der Wärmebehandlung ausgetrieben
werden wie das Wasser beim Vulkanisieren von Kautschukmilch.
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Es ist nun gefunden worden, daß unter Verwendung einer Hochfrequenzerwärmung
die Verfestigung von plastifiziertem, ungeliertem Vinylharzschaum mit ausgezeichneten
Ergebnissen möglich ist, wenn bei der Wärmebehandlung des Vinylharzschaumes besondere
Vorkehrungen getroffen werden.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß gleichzeitig
mit der Hochfrequenzerwärmung des Schaumes noch zusätzlich Wärme der Umgebung des
Schaumes zugeführt wird.
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Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß es beim Aushärten von Kunstharzdchichtpreßstoff-Werkstücken
bekannt ist, das Werkstück durch Wärmezufuhr von außen und durch Erwärmen von innen
heraus mit dielektrischer Wärme gleichsam schlagartig auf die gewünschte Temperatur
zu bringen, um dadurch die Aushärtzeit, die sonst bis zu 15 Minuten betragen kann,
beträchtlich herabzusetzen. Das Aushärten von solchen geschichteten Werkstücken
ist jedoch mit dem Verfertigen von plastifiziertem, ungeliertem Vinylharzschaum
nicht vergleichbar.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung
werden die der Umgebung
des Vinylharzschaumes zusätzlich zugeführten Wärme mengen
bei Anstieg der Temperatur im Innern des Schaumes wenigstens so lange erhöht, bis
der Schaum eine oberhalb der Geliertemperatur liegende Tempec ratur hat.
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Vorteilhaft wird dabei die Temperatur der die zusätzlichen Wärmemengen
liefernden Wärmequelle in dem gleichen Verhältnis erhöht, wie die Temperatur des
Schaumes ansteigt, so daß die Temperaturen der Umgebung des Schaumes sich ungefähr
auf der gleichen Höhe wie die Temperaturen des Schaumes befinden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung
wird die Einwirkung des Hochfrequenzfeldes auf den Schaum unterbrochen, sobald dieser
eine oberhalb der Geliertemperatur liegende und den Beginn des Schmelzens kennzeichnende
Temperatur erreicht hat, wonach die Temperatur der Umgebung des Schaumes wieder
erhöht wird, bis die Temperatur der Außenseiten des Schaumkörpers wenigstens diejenige
seines Innern erreicht hat, worauf dann der Schaum erneut einem
Hochfrequenzfeld
ausgesetzt und dabei geschmcdZzen wird.
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Vorzugsweise wird die Wärmebehandiung des Schaumes in einer Atmosphäre
durchgaführt, die weniger als 10 g Wasser je Kilogramm Luft enthält.
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Die Erfindung umfaßt weiterhin eine vorteilhafte Vorrichtung zur
Durchfiidrung des neuen Verfahrens Es ist eine Vorrichtung zum Herstellen von zellenhaltigem
Kunststofftnaterial bekannt, bei der ein Kunststoffschaum unter Druck zwischen zwei
sich bewegenden bandförmigen Elektroden eingeschlossen und einer Erwärmung mittels
eines an die Elektroden angelegten Hochfrequenzfeldes unterworfen wird.
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Gemäß der Erfindung ist eine zur Durchführung des neuen Verfahrens
geeignete Vorrichtung, die Mittel zum Zuführen eines elektrischen Hochfrequenzstromes
an im Abstand voneinander angeordnete Elektroden, um ein sich zwischen den Elektroden
hindurchbewegendes thermoplastisches Harz von innen zu erhitzen, und Mittel zum
gEichzeitigen Zuführen von Wärme zu der Außenseite des Harzes aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Elektroden in ihrem Abstand zueinander einstellbar angeordnet
und während des Betriebes in ihrem Abstand relativ zu einem sich zwischen den Elektrode
den bewegenden, aus nichtleitendem Material bestehenden Förderband festlegbar sind,
auf das Vinylharzschaum aufgebracht wird, bevor es in den Raum zwischen den Elektroden
eintritt.
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Bei einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung
besteht eine der Elektroden aus zwei elektrisch miteinander verbundenen, aber relativ
zueinander bewegbaren Abschnitten, von denen der Abschnitt, welcher der Auforingstelle
des Vinylharzschaumes am nächsten liegt, sich im wesentlichen parallel zu der Gegenelektrode
erstreckt, während der andere Abschnitt relativ zu dieser Gegenelektrode aufwärts
geneigt ist, so daß, wenn das Förderband den Schaum zwischen die Elektroden führt,
die effektive Spannung in an sich bekannter Weise sich allmählich vermindert, wenn
der Schaum unter dem geneigten Elektrodenabschnitt hindurchgeht.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielsweise
näher erläutert.
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Fig. list ein Diagramm, welches die Temperatur eines mittels Hochfrequenz
allein erwärmten Vinylharzschaumes in Abhängigkeit von der Behandlungsdauer bei
verschiedenen angelegten Spannungen wiedergibt; Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt
durch eine Form zur Aufnahme des wärmezubehandelnden Vinylharzschaumes; Fig. 3 ist
ein senkrechter Schnitt durch eine mit Vinylharzschaum gefüllte Form während der
Wärmebehandlung; Fig 4 ist ein Diagramm, welches die Temperatur eines gemäß der
Erfindung gleichzeitig mit Hochfrequenz und zusätzlich zugeführter Wärme behandelten
Vinylharzschaumes in Abhängigkeit von der Behandlungsdauer wiedergibt; Fig. 5 ist
ein seuknechter Schnitt durch eine kontinuierlich arbeitende Anlage.
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- Wenn plastifizierter, ungelierter Vinylharzschaum eienr Wäehandlung
unterworfen wird, durchläuft er zwei Umwandlungszonen, nämlich eine erste Zone,
in der eine Gelierung eintritt, und eine zweite Zone, in der ein Schmelzen und damit
die Verfesti-
gung des Schaumes stattfindet. Jenseits dieser Schmelzzone tritt ein
Zerschmelzen und Zusammenfallen des Schaumes ein, vas vermieden werden muß.
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Das in Fig. 1 wiedergegebene Diagramm zeigt vier mit A, B, C und
D bezeichnete Kurven, die bei der Erwärmung von vier Mustern aus in gleicher Weise
zusammengesetztem Vinylharzschaum mittels Hochfrequenzerwärmung allein, jedoch bei
verschiedenen angelegten Spannungen erhalten sind.
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In jedem Fall bestand das Ausgangsmaterial aus einer frei fließenden
Mischung, welche die folgende Zusammensetzung hatte: Polyvinylchlorid . . 100 Teile
Dioctylphthalat . 70 Teile Dioctyladipat ................ 10 Teile Stabilisierungsmittel
und andere Zusätze 5 Teile Dieses Material wurde verschäumt.
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Die Kurve A wurde bei einer angelegten Spannung von 14,5 kV, die
Kurve B bei einer angelegten Spannung von 14 kV, die Kurve C bei einer angelegten
Spannung von 10,75kr und die Kurve D bei einer angelegten Spannung von 9 kV aufgenommen,
wobei in jedem Fall die Frequenz etwa 13 MHz be trug. Wie aus dem Diagramm gemäß
Fig. 1 hervorgeht, erfolgt die Erwärmung um so schneller, je höher die Spannung
ist. Es ist ersichtlich, daß jede der Kurven an einer Stelle steiler wird, an welcher
die Temperatur des Materials etwa 550 C erreicht, was eine vergrößerte Wärmeabsorptionsgeschwindigkeit
anzeigt. Dies ist die Stelle, an welcher das Gelieren beginnt, und, wie durch die
gestrichelten Linien a und b angedeutet, erstreckt sich die Gelierzone von etwa
55 bis etwa 650 C. Es scheint, daß, wenn das Gelieren innerhalb dieser Zone vor
sich geht, in dem Schaum eine Anderung eintritt, auf Grund deren er elektrische
Energie mit größerer Geschwindigkeit absorbiert.
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Die höhere Absorptionsgeschwindigkeit setzt sich etwa bis zur unteren
Grenze der Schmelzzone fort, die durch die gestrichelte Linie c angedeutet ist und
die bei etwa 1300 C liegt. Die Schmelzzone erstreckt sich von dieser unteren Grenze
bis zu einem dem Schmelzpunkt des Harzes entsprechenden Wert von etwa 1460 C, der
durch die ausgezogene Linie d angedeutet ist und bei dem ein Zerschmelzen und ein
Zus ammeufallen des Schaumes erwartet werden kann.
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Da jedoch dieses Zerschmelzen und Zusammenfallen des Schaumes in der
Praxis vermieden werden muß, wird als obere Arbeitsgrenze ein Temperaturwert angenommen,
der durch die gestrichelte Linie e angedeutet ist und etwa 50 C unterhalb des Wertes
liegt, bei dem ein Zerschmelzen und Zusammenfallen des Schaumes eintritt. Der Bereich
zwischen den Linien c und e kann als die nutzbare Schmelzzone bezeichnet werden.
Zur Herstellung eines verfestigten Schaumes von guter Qualität muß daher die Temperatur
des Schaumes in diese Schmelzzone gebracht werden, d. h., sie soll über die untere
Grenze c ansteigen, aber muß unterhalb der oberen Grenze e bleiben. Andere Zusammenstzungen,
andere Spannungen und andere Frequenzen ergeben zwar andere Kurven, jedoch haben
sie stets den allgemeienn Verlauf wie die Kurven A, B, C und D.
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Alle in Fig. 1 dargestellten Kurven flachen sich an oder etwas unterhalb
der unteren Grenze c der Schmelzzone etwas ab, jedoch haben sie immer noch
einen
sehr steilen Verlauf innerhalb der Schmelzzone.
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Bei der Kurve A beispielsweise, bei welcher die Er-Erwärmung bis zu
dem durch die Linie d angedeuteten Punkt fortgesetzt wurde, bei dem ein Zerschmelzen
und Zusammenfallen eintritt, durchläuft die Kurve die Nutzschmelzzone in etwa 2
Sekunden und erreicht die Linie d in etwa 10 Sekunden. Bei den Kurven B, C und D,
bei denen die Hochfrequenzerwärmung innerhalb der Nutzschmelzzone abgestoppt wurde,
erfolgt der Anstieg beinahe ebenso schnell wie bei der Kurve A, und in jedem Fall
maß die Erwärmung innerhalb einer Zeit von wenigen Sekunden unterbrochen werden,
Dies ergibt schwierige Arbeitsbedingungen, um einerseits eine ungenügende Wärmebehandlung
und andererseits eine übermäßige Wärmebehandlung zu vermeiden. Eine der Aufgaben
der Erfindung besteht daher darin, die Arbeitsbedingungen weniger kritisch zu gestalten.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann entweder in diskontinuierlicher
oder in kontinuierlicher Weise durchgeführt werden.
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Nachstehend soll zunächst eine diskontinuierliche Durchführung des
Verfahrens beschrieben werden.
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Zunächst wird eine geeignete Menge Vinylharz mit einem zweckentsprechenden
Plastifizierungsmittel und anderen Bestandteilen gemischt, wie sie für die gewünschten
Eigenschaften des Enderzeugnisses in Frage kommen, und die sich ergebende Plastisolmischung
wird dann nach irgendeiner zweckentsprechenden Methode verschäumt.
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Es wurde nun gefunden, daß zur Erzielung von Erzeugnissen hoher Qualität
das Vorhandensein selbst kleinster Mengen von Wasser in dem unbehandeuten Schaum
vermieden werden soll. Es wurde weiterhin gefunden, daß, wenn das Harz unter solchen
Bedingungen verschäumt wird, daß der Ein schluß von Feuchtigkeit verhindert wird,
es trotzdem erwünscht ist, den Schaum in die Form (oder bei einer kontinuierlichen
Arbeitsweise auf ein Förderband, das zum Zwecke der Erläuterung als Form angesehen
wird) in einer trockenen Atmosphäre einzubringen, um eine Kondensation und eine
sich daraus ergebende Aufnahme von Feuchtigkeit aus der Luft zu vermeiden. Daher
sollte der Schaum in die Form in einer Atmosphäre eingeführt werden, die nicht mehr
als 10 g Wasser je Kilogramm Luft enthält. Im Winter entsprechen gewöhnliche atmosphärische
Bedingungen oft diesem Erfordernis, jedoch soll für sich über das Jahr erstreckende
Arbeitsvorgänge das Einführen des Schaumes in die Form in einer Räumlichkeit durchgeführt
werden, in welcher die Bedingungen einer geringen Feuchtigkeit aufrechterhalten
werden können. Falls auf geringer Feuchtigkeit zu haltende Räumlichkeiten nicht
verfügbar sind, kann, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht ist, eine Haube 1 über
die Form 2 gesetzt werden, während der Schaum in die Form durch eine Düse 3 eingeführt
wird. Der Raum, der von der Haube umschlossen ist, soll dann entfernt werden, um
eine Atmosphäre aufrechtzuerhalten, die nicht mehr als lOg Wasser je Kilogramm Luft
enthält.
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Das Material, aus dem die Forrnen hergestellt sind, soll vorzugsweise
den Wärmeabsorptionseigenschaften des Schaumes während des Wärmebehandlungsvorganges
möglichst nahe entsprechen. Das ideale Formrnaterial würde ein solches sein, dessen
Zeit-Temperatur-Kurve der des wärmezubehandeinden Schaumes entspricht. Da jedoch
ein solches ideales
Material bisher noch nicht gefunden ist, wird ein Material vorgezogen,
das eine Wärmeabsorptionsgeschwindigkeit hat, die kleiner als die des Plastisols
ist. Im allgemeinen haben sich als Fornunaterial Polyesterharze als befriedigend
erwiesen, da sie Energie aus dem Hochfrequenzfeld etwas langsamer als der Vinylharzschaum
absorbieren und da sie die für die Verfestigung des Schaumes in Frage kommenden
Temperaturen ohne Beschädigung aushalten. Ein Alkydharz, das mit Glasfasern verstärkt
ist, ist als Formmaterial besonders geeignet. Stoffe, wie Metall oder Glas, die
Wärme nur sehr langsam absorbieren, sowie Stoffe, wie Holz oder Pappe, die Wärme
verhältnismäßig schnell absorbieren, insbesondere wenn sie Feuchtigkeit enthalten,
sollen vermieden werden.
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Nachdem der Schaum in die Form 2 eingeführt worden ist, wird die
Form zwischen im Abstand voneinander befindlichen Elektroden 4 und 5 angeordnet
(Fig. 3), wobei die Elektrode 4 mit einer zweckentsprechenden Hochfrequenzstromquelle
6 verbunden ist, während die Elektrode 5 geerdet ist. Wie oben ausgeführt, kann
die angelegte Spannung in weiten Grenzen geändert werden, aber da die Verfestigung
um so schneller vor sich geht, je höher die Spannung ist, sind verhältnismäßig hohe
Spannungen, insbesondere zu Beginn des Erwärmungsvorganges, angezeigt. Eine schnelle
Wärmebehandlung ist vorteilhaft, nicht nur weil sie wirtschaftlicher Art ist, sondern
auch weil sie die Herstellung eines Schaumes von besserer Qualität ergibt. In dem
Raum zwischen den Elektroden ist ein Spannungsabfall vorhanden, und daher wird bei
einer gegebenen angelegten Spannung die tatsächlich an den Material wirksame Spannung
durch einen Luftspalt, der zwischen dem Material und den Elektroden vorhanden sein
kann, verkleinert. Die an die Elektroden angelegte Spannung wird hier als »angelegte
Spannung« bezeichnet, während unter »wirksamer Spannung« die Spannung verstanden
werden soll, die tatsächlich an dem Mater rial wirskam ist. Ferner erfolgt die Verfestigung
um so schneller, je höher die Frequenz ist, und daher sind auch relativ hohe Freqrenzen
angezeigt. Frequenzen im Bereich von 5 bis 30 MHz haben zu guten Ergebnissen geführt.
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Während des Anfangsteiles des Erwärmungsvorganges und wenigstens
so lange, bis das Material durch die Gelierzone hindurchgegangen ist, ist es wichtig,
daß die Temperatur der Umgebung des Materials jederzeit etwa gleich der Temperatur
des Materials in der Form ist, d, h., wenn die Temperatur des Schaumes sich infolge
Absorption elektrischer Energie erhöht, soll die Temperatur der Umgebung des Schaumes
ebenfalls mit möglichst der gleichen Geschwindigkeit erhöht werden, wobei unter
»Temperatur der Umgebung« die Temperatur des den Schaum umgebenden Mediums zu verstehen
ist, das sowohl das Material der Form als auch die umgebende Atmosphäre umfassen
kann.
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Die Wichtigkeit der Regelung der umgebenden Temperaturen ergibt sich
aus den nachfolgenden Betrachtungen. Wie oben ausgeführt, wird der rohe Schaum in
die Form in ungeliertem Zustand eingeführt. Steigt die Temperatur an, wird der rohe
Schaum geliert. Falls während dieser Periode die Erwärmung nicht im wesentlichen
gleichmäßig durch den Schaumkörper hindurch erfolgt, tritt ein ungleichförmiges
Gelieren ein, das zu Bruchstellen oder geschwächten Zonen in dem fertigen Erzeugnis
führen
kann. Einer der großen Vorteile der Erwärmung durch Hochfrequenz
ist der, daß sie eine gleichmäßige Erwärmung durch das behandelte Material hindurch
erzeugt. Diese sehr erwünschte Wirkung kann jedoch ernsthaft beeinträchtigt werden,
falls Wärmeverluste aus dem Material zufolge Wärmestrahlung, -leitung oder -konvektion
auftreten können.
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Da die Elektroden der Hochfrequen:heizeinrichturg kalt laufen, ffleßt
ein beträchtlicher Teil der von dem Material absorbierten Wärme von dem Material
gegen die Elektroden, wenn nicht besondere Vorsichtsmaß'nalunen dagegen getroffen
werden.
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Um einen solchen Wamofluß zu verhindern, werden gemaß der Erfindung
Mittel zum Regeln der Temperaturen der Umgebung des Materials vorgesehen. Beispielsweise
können, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, in Beriihrang mit oder nahe jeder Elektrode
angeordnete Rohre oder Schlangen 7, 8 vorgesehen sein, durch welche Luft oder Wasser
oder ein anderes Wärmeübertragnngsmittel umlaufen kann.
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Zu Beginn des Erwarmungsvorganges soll das umlaufende Mittel kalt
sein und etwa der Temperatur des kalten Schaumes entsprechen. Wenn jedoch der Erwärmungsvorgang
fortschreitet, soll die Temperatur des umlaufendbn Mittels erhöht werden, und zwar
vorzugsweise mit der Geschwindigkeit, mit welcher die Temperatur des Schaumes ansteigt,
wodurch ein Wärmeverlust aus dem Schaum verhindert wird, während gleichzeitig vexmieden
wird, daß Wärme in den Schaum hineinfließt, welche die Neigung hat, die Oberflächen
des Schaumes zu überhitzen.
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Die kritische Periode, während welcher es wichtig ist, die Temperaturen
der Umgebung zu regeln, ist diejenige, bis der Schaum geliert ist. Jenseits der
Gelierzone ist eine solche Regelung von geringerer Bedeutung. Andererseits führt
eine fortlaufende Regelung der Umgebungstemperaturen während des ganzen Erwärmungskreislaufes
zu dem vorteilhaften Ergebnis, daß' die Temperatur durchgehend gleichförmig gehalten
wird, so daß, wenn die Schmelzzone erreicht ist, das Schmelzen durchgehend gleichmäßig
stattfindet. Jedoch besteht der Zweck des Regens der Temperaturen der Umgebung des
Schaumes während des Erwärmungskrelslaufes hauptsächlich darin, einen Verlust von
in dem Schaum durch die Absorption der Hochfrequenzenergie erzeugter Wärme zu verhindern,
und weniger darin; dem Schaum Wärme zuzuführen.
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Gegebenenfalls können die vorstehend genannten Heizrohre oder -schlangen
7, 8 durch Strahlungslampen 9 ersetzt oder ergänzt werden, die in Reflektoren 10
eingesetzt sind. Solche Lampen können mit zweckentsprechenden Vorrichtungen zum
Regeln der von ihnen abgegebenen Wärmemenge versehen sein.
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Bei Materialien von verhältnismäßig geringer Dicke kann die Regelung
der Elektrodentemperaturen mit Hilfe der d'argestellten-Mittel ausreichend sein,
da Wärmeverluste aus den Seitenwänden des Materials gewöhnlich unbedeutend sind.
Bei größeren Dicken des Materialsnist es jedoch erwünscht, die Temperaturen der
Umgebung auf allen Seiten des Materials zu regeln. Während in Fig. 3 Heizelemente
nur ob er halb und unterhalb der oberen und der unteren Elektrode wiedergegeben
sind; können jedoch entsprechende Heizelemente auch an den Seiten der Form angordnet
werden, oder es kann heiße Luft gegen die Form geblasen werden.
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In einigen Fällen können jedoch trotz aller Anstrengungen, die Temperaturen
der Umgebung auf
der gewünschten Höhe zu halten, gewisse Wärmeverluste aus dem Schaum
vorhanden sein, insbesondere während desjenigen Teiles des Erwärmungsvorganges zwischen
der Gelierzone und der Schmelzzone, wo der Schaum Wärme schnell absorbiert. In anderen
Fällen, in denen, wie oben ausgeführt, eine Regelung der Temperaturen der Umgebung
weniger wichtig ist, nachdem der Schaum geliert worden ist, kann die Bedienungsperson
aus wirtschaftlichen Gründen oder wegen Beschränkungen der Anlage jenseits der Gelierzone
Wärmeverluste zulassen.
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In den Fällen, in denen solche Wärmeverluste auftreten, ist zwischen
dem Innern des Schaumes und seinen äußeren Teilen eine Temperaturdifferenz vorhanden,
wenn der Schaum sich den Temperaturen der Schmelzzone nähert, so daß das Innere
des Schaumes diese Temperaturen vor den äußeren Teilen erreicht. In diesen-Fällen
oder in Fällen, in denen aus irgendeinem Grund der Schaum sich den Schmelztemperaturen
in einem Zustand nähert, bei dem innerhalb des Schaumes eine Temperaturdifferenz
vorhanden ist, ist es nicht ratsam, den Schaum dem Hochfrequenzfeld weiter auszusetzen,
und zwar wegen der Gefahr der Überhitzung der Innenseite, bevor die Außenseite vollständig
verfestigt ist. In derartigen Fällen kann die folgende Arbeitsweise gewählt werden.
Zu einem Zeitpunkt in dem Erwärmungsvorgang, kurz bevor irgendein Teil des Schaumes
die unterste Temperatur der Schmelzzone erreicht, -wird die Hochfrequenzerwärmung
zeitweilig unterbrochen, während die Temperaturen der Umgebung erhöht werden, bis
die Temperatur der Außenseite des Schaumes wenigstens auf die Temperatur im Innern
des Schaumes angestiegen ist. Dann wird die Hochfrequenzerwärmung wiederaufgenommen,
bis das Schmelzen vollendet ist.
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Wie oben ausgeführt, wird der Vinylharzschaum dem Hochfrequenzfeld
während der ersten Umwandlungsstufe, wo das Gelieren stattfindet, bis zur zweiten
Umwandlungsstufe, wo das Schmelzen stattfindet, ausgesetzt, und nach der ersten
Umwandlungsstufe vergrößern sich die Geschwindigkeit der Absorption elektrischer
Energie und die Geschwindigkeit des Temperaturanstieges. Gemäß der Erfindung wird
an einer Stelle in dem Erwärmungsvorgang, nachdem das Gelieren beendet worden ist,
die Zufuhr der Hochfrequenzenergie wesentlich herabgesetzt. Dies hat die Wirkung,
daß die Geschwindigkeit der Absorption elektrischer Energie und die Geschwindigkeit
des Temperaturanstieges verkleinert werden, so daß der Temperaturanstieg durch die
Schmelzzone hindurch langsamer vor sich geht. Daher wird die Bestimmung des Endpunktes
des Erwärmungsvorgangs weniger kritisch, und es besteht keine Gefahr, daß eine unzureichende
Wärmebehandlung oder eine erhitzung auftritt. Wenn die Zufuhr der elektrischen Energie
sehr erheblich herabgesetzt wird, kann der Temperaturanstieg im wesentlichen angehalten
werden, oder die Temperatur steigt so langsam an, daß eine Anderung der Dauer des
Erwärmungsvorgangs von mehreren Minuten zugelassen werden kann, ohne daß die Gefahr
einer Überhitzung besteht.
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Vorzugsweise erfolgt die Herabsetzung der Zufuhr elektrischer Energie
an oder etwas vor dem Zeitpunkt, an welchem die Temperatur des Schaumes die untere
Grenze der Schmelzzone erreicht. Wenn so vorgegangen wird, kann man die Erwärmung
des
Hauptteiles des Erwärmungsvorgangs sehr schnell fortschreiten
lassen, und die Herabsetzung der Energiezufuhr erfolgt erst dann, wenn die Temperatur
des Schaumes die kritische Schmelzzone erreicht, und sie kann entweder plötzlich
oder allmählich vorgenommen werden.
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Die Herabsetzung der Zufuhr der Hochfrequenzenergie kann auf verschiedene
Weise durchgeführt werden, beispielsweise durch Verkleinerung der wirksamen Spannung
oder durch Verkleinerung der Frequenz. Eine Verkleinerung der Spannung wird bevorzugt,
und falls der Hochfrequenzgenerator von derjenigen Art ist, bei welchem die Ausgangsspannung
oder die Frequenz geändert werden kann, ist es sehr einfach, die angelegte Spannung
oder die Frequenz zu reduzieren, wenn dies gewünscht wird. Bei einer abgeänderten
Ausführungsform kann der Schaum aus einem Hochfrequenzfeld hoher Spannung in ein
Feld niederer Spannung oder aus einem Feld hoher Frequenz in ein Feld niederer Frequenz
bewegt werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann, falls Elektroden so angeordnet
sind, daß ihr Abstand geändert werden kann, die wirksame Spanleicht reduziert werden,
indem einfach der Abstand zwischen den Elektroden vergrößert wird, ohne daß die
angelegte Spannung geändert wird.
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Die Wirkung der Herabsetzung der wirksamen Spannung ist in Fig. 4
graphisch durch die Kurven dargestellt. In diesem Falle waren die Zusammensetzung
des Ausgangsmaterials und das Verfahren des Verschäumens die gleichen wie bei den
Kurven A, B, C und D der Fig. 1. Die angelegte Spannung betrug 12,5 kV. Die Kurven
wurde unter solchen Bedingungen aufgenommen, daß, sobald die Temperatur des Materials
die untere Grenze der Schmelzzone erreichte, eine allmähliche Verringerung der wirksamen
Spannung durch allmähliches Vergrößern des Abstandes der Elektroden vorgenommen
wurde, um den Luftspalt zu vergrößern. Mit der Verringerung der Spannung wurde begonnen,
nachdem das Material einem Hochfrequenzfeld während einer Zeitdauer von etwa 120
Sekunden ausgesetzt war und eine Temperatur von etwa 1100 C erreicht hatte.
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Wie ersichtlich, besteht die Wirkung der Spannungsverminderung darin,
die Absorption von Wärme zu verringern und die Zeit erheblich zu verlängern, während
welcher das Material in dem Feld bleiben kann, ohne daß die Gefahr einer Überhitzung
bzw. eines Zerschmelzens und eines Zusammenfallens besteht.
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Die durch Kurven veranschaulichte Bedingung ist lediglich als Beispiel
anzusehen; es können auch andere Bedingungen nach Wunsch eingestellt werden, bei
denen die Verminderung der wirksamen Spannung größer oder kleiner ist oder plötzlicher
oder langsamer erfolgt. In jedem Fall wird das Erwärmen beendet, bevor die Temperatur
des Schaumes auf einen Punkt ansteigt, der innerhalb von 50 unterhalb des Punktes
liegt, bei dem ein Zerschmelzen eintritt.
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Die oben geschilderten Grundsätze können auch angewendet werden,
wenn das Verfahren gemäß der Erfindung als kontinuierliches Verfahren durchgeführt
wird. In Fig. 5 ist eine kontinuierliche Arbeitsweise veranschaulicht, die für die
Herstellung von fortlaufenden Bahnen aus Vinylharzschaum geeignet ist, wobei die
geerdete Elektrode 21 außerdem als Unterlage dient, um ein aus nichtleitendem Stoff
bestehendes Förderband 22 abzustützen, das mit einer
festgesetzten Geschwindigkeit
längs der Elektrode bewegt wird. Wie oben ausgeführt, soll das Aufhringen des Schaumes
auf das Förderband 22 in einem entfeuchteten Raum durchgeführt werden. Falls ein
solcher Raum nicht zur Verfügung steht, soll über dem Ende des Förderbandes, wo
der Schaum durch eine Düse 24 eingeführt wird, eine Haube 23 angeordnet werden,
in der eine Atmosphäre aufrechterhalten wird, die nicht mehr als 10 g Wasser je
Kilogramm Luft enthält. Ein Streichmesser 25 ist in einer zwockentsprechenden Lage
vorgesehen, um die Dicke der Schaumschicht auf dem Förderband zu regeln.
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Die zweite Elektrode 26 ist parallel zur Elektrode 21 in einem Abstand
von ihr angeordnet, der ausreicht, um die Schicht aufzunehmen, deren Dicke durch
das Streichmesser bestimmt wird. Die Elektrode 26 soll sich in Längsrichtung des
Förderbandes 22 über eine genügend große Strecke ausdehnen, so daß unter Berücksichtigung
der Geschwindigkeit des Förderbandes die Temperatur des Schaumes, wenn er sich von
dem einen Ende der Elektrode 26 zu deren anderem Ende bewegt, auf einen Wert oberhalb
der Gelierzone und vorzugsweise auf einen nahe oder etwas unterhalb der unteren
Genze der Schmelzzone liegenden Wert ansteigt. Wie die der Fig. 5 zugeordnete Zeit
- Temperatur - Skala erkennen läßt, würde eine gegebene Schaummenge auf dem Förderband
währerrd einer Zeitdauer von 80 Sekunden, die erforderlich ist, damit sie sich von
dem einen Ende der Elektrode 26 zu deren anderem Ende bewegt, einen Temperaturanstieg
von etwa 10 auf etwa 1100 C erfahren. Daher ist der Schaum an dem Zeitpunkt, an
dem er aus der Unterseite der Elektrode 26 heraustritt, vollständig geliert, und
seine Temperatur nähert sich der Schmelzzone schnell.
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Es sind jedoch Vorsichtsmaßnahmen getroffen, um die Temperaturen
der Umgebung des Schaumes zu regeln, wenigstens so lange, bis er durch die Gelierzone
hindurchgegangen ist. Zu diesem Zweck sind oberhalb und unterhalb der Elektroden
21 und 26 Rohre 27, 28 vorgesehen, durch welche Luft oder Wasser oder ein anderes
Wärmeübertragungsmittel umlaufen gelassen werden kann. In den ersten Rohren 27a,
28a, nahe dem Eintrittsende der im Abstand voneinander befindlichen Elektroden,
ist es gewöhnlich notwendig, ein Kühlmittel umlaufen zu lassen, da bei einem kontinuierlich
arbeitenden Verfahren die anderen Teile der Elektroden Wärme absorbieren, die zu
den Eintrittsteilen der Elektroden geleitet werden würde. Die übrigen Rohre erfordern
jedoch eine Zirkulation eines Heinrnittels, vorzugsweise mit ansteigender Temperatur
längs des Förderbandes, so daß die Temperaturen der Umgebung des Schaumes erhöht
werden, wenn die Temperatur des Schaumes ansteigt. Der Zweck besteht, wie oben erläutert,
darin, die Umgebungstemperaturen über die ganze Länge des Förderbandes möglichst
gleich der Temperatur des Schaumes zu halten. Bei dem kontinuierlichen Arbeiten,
das über eine beträchtliche Zeitdauer fortgesetzt werden kann, ist es möglich, die
Umgebung des Schaumes auf Temperaturen einzustellen und zu halten, die den Schaumtemperaturen
längs des Förderbandes sehr nahe kommen.
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Wenn der Schaum aus der Unterseite der Elektrode 26 heraustritt,
wird er während des übrigen Teiles der Wärrnebehandlung, währenddem des Schmelzen
stattfindet, einer verminderten wirksamen Spannung ausgesetzt. Bei der dargestellten
Ausführungsform
erfolgt dies dadurch, daß die eine Elektrode aus
zwei Abschnitten besteht, von denen der eine von der vorstehend genannten oberen
Elektrode 26 und der andere von einer Elektrode 29 gebildet wird, die von der Gegenelektrode
21 in einem größeren Abstand als die Elektrode 26 angeordnet ist. Daher ist, obgleich
die Elektrode 29 mit der Elektrode 26 durch biegsame Leitungen30 elektrisch verbunden
sein kann, so daß die an der Elektrode 29 liegende Spannung derjenigen der Elektrode
26 entspricht, die an dem Schaum wirkende Spannung zufolge des vergrößerten Luftspaltes
sehr viel kleiner.
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Weiterhin ist bei der dargestellten Ausführungsform die Elektrode
29 derart aufwärts geneigt, daß die an dem Schaum wirksame Spannung sich fortschreitend
verkleinert, wenn der Schaum zwischen der Elektrode 29 und der Gegenelektrode 21
hindurchgeht. Auf diese Weise kann verhindert werden, daß die Teile; ratur des Schaumes
die Gefahrenzone erreicht, in welcher ein Zerschmelzen und Zusammenfallen erfolgt.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Elektrode 29 einstellbar angeordnet,
indem sie an Haltegliedern 31 aufgehängt ist, die mit der Elektrode gelenkig verbunden
sind. Die oberen Enden der Halteglieder 31 sind mit Öffnungen 32 versehen, mittels
deren sie an einem Träger 33 durch Bolzen mit Flügelmutter 34 befestigt werden können.
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Hinsichtlich der Gellerzone und der Schmelzzone, die in Verbindung
mit den Fig. 1 und 4 erläutert wurden, sei bemerkt, daß die Grenzen dieser Zonen
sich bei verschiedenen Zusammensetzungen des Ausgangsmaterials ändern. Weiterhin
können mit Bezug auf irgendeine gegebene Zusammensetzung des Ausgangsmaterials die
genauen Grenzen nicht immer genau festgelegt werden. Trotzdem ist die Annahme solcher
Zonen eine brauchbare Hilfe für die Erläuterung, und bei jeder Zusammensetzung sind
eine bestimmte erste Temperaturzone, innerhalb welcher das Gelieren stattfindet,
und eine bestimmte zweite Temperaturzone, innerhalb welcher das Schmelzen stattfindet,
vorhanden. Die ungefähren Grenzen der Zonen können für jede besondere Zusammensetzung
durch einen Versuch leicht bestimmt werden. Basierend auf der Erkenntnis dieser
verschiedenen Zonen und der Veränderungen, die in ihnen auftreten, wurde das Verfahren
der Wärmeregelung gemäß der Erfindung entwickelt, um das Problem der Nutzbarmachung
von Hochfrequenzwärme zum Verfestigen von Vinylharzschaum zu lösen.