DE202011105925U1 - Automatisierter Bechertest für Polyurethan-Aufbaukomponenten - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Messung des Steigverhaltens von Schäumen, bestehend aus einem Becher, in den die einzelnen Komponenten eines Schaumes über eine Dosiereinrichtung dosiert werden, einer Homogenisierungseinrichtung und eine Messeinrichtung zur Messung der Steigkurve des Schaumes, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest eine der folgenden Stationen in der genannten Reihenfolge, bevorzugt mehrere, insbesondere alle automatisiert durchführt: – Dosierung der Komponenten eines Schaumes in den Becher – Homogenisieren der Komponenten in dem Becher – Aufnahme der Steigekurve durch eine Messeinrichtung.

Description

• Polyurethane sind sehr vielseitig einsetzbare Kunststoffe. Ihre Herstellung erfolgt üblicherweise durch Umsetzung von Palyisocyanaten mit Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen. In der Technik wird die Isocyanatkomponente zumeist als B-Komponente und der Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen, denen zumeist noch die Treibmittel und die Hilfsstoffe zugesetzt werden, zumeist als A-Komponente bezeichnet.
• Für die Prüfung der Eigenschaften von Polyurethan-Aufbaukomponenten sowie der daraus hergestellten Polyurethan-Schaumstoffe ist es üblich, den so genannten Bechertest durchzuführen. Dazu werden die flüssigen Aufbaukomponenten in einem offenen Becher eingewogen und miteinander zur Umsetzung gebracht. Dabei können die Reaktivität der Komponenten sowie die mechanischen Eigenschaften der resultierenden Schäume bestimmt werden. Dieses Verfahren wird zumeist auch bei der Produktfreigabe angewandt.
• Der Bechertest kann sehr einfach durchgeführt werden und liefert für viele Prüfungen ausreichende Ergebnisse.
• Derzeit wird dieser Test komplett manuell durchgeführt, d. h. die A- und B-Komponente manuell eingewogen, die Probe unter einer Rührstation homogenisiert und anschließend zwecks Aufnahme der Steigkurve unter ein Ultraschallmessgerät gestellt. Die manuellen Tätigkeiten, insbesondere beim Dosieren und Rühren, wirken sich nachteilig auf die Reproduzierbarkeit der Steigkurve aus.
• Das im Folgenden beschriebene Verfahren soll diese Nachteile überwinden und zu reproduzierbaren Ergebnissen beim Bechertest führen.
• Bei dem neuen Verfahren werden die einzelnen Stationen des Bechertests, nämlich Zuführen und Einwägen der Komponenten, ihre Homogenisierung, und die Messung der Steigkurve nacheinander teilweise oder vollständig automatisiert durch einen Roboter durchgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die für die jeweilige Station notwendigen Aggregate mit festem räumlichen Abstand zueinander angeordnet, während der Becher ortsbeweglich über den Roboter an die einzelnen Stationen gefahren wird. Gegenstand der Erfindung ist somit eine Vorrichtung bestehend aus einem Roboter, der einen Becher, ggf. mit einem Becherträger, zu den verschiedenen Stationen bewegen kann. Die Bewegung des Bechers erfolgt über mindestens eine Fördervorrichtung. Eine Fördervorrichtung ist beispielsweise ein Roboterarm, ein Fahrzeug oder ein Förderband oder vergleichbare Vorrichtungen, die entweder alleine oder in Kombination eingesetzt werden können.
• In einer alternativen Ausführungsform ist der Becher an einem festen Ort und die verschiedenen Stationen werden zu dem Becher bewegt. Jede Kombination dieser zwei Ausführungsformen ist denkbar, mit Abstrichen an die Reproduzierbarkeit können auch einzelnen Stationen und/oder Bewegungen zwischen den Stationen ohne Roboter durchgeführt werden. Die erste Station ist eine Dosierungseinrichtung. In besonderen Ausführungsformen umfasst die Dosiereinrichtung auch eine Wägevorrichtung für die Einzelkomponenten. In anderen Ausführungsformen werden die Einzelbestandteile über Volumenmessvorrichtungen dosiert. In der Dosiereinrichtung werden definierte Mengen der Einzelkomponenten des Schaumes, insbesondere die Komponenten A und B in einen Becher dosiert. Werden weitere Komponenten wie Treibmittel und Hilfsstoffe zugesetzt, so werden bevorzugt auch diese Komponenten an der Dosierstation in der vorgegebenen Menge zugesetzt. Die zweite Station ist eine Homogenisierungseinrichtung, bevorzugt eine Rühreinrichtung, bevorzugt einem Magnetrührer. In alternativen Ausführungsformen kann die Rühreinrichtung auch ein Ultraschall, ein Schüttler etc. sein. Die dritte Station ist eine Messvorrichtung zur Aufnahme der Steigkurve. Bevorzugt wird die Steigkurve mit einem Ultraschallmessgerät aufgezeichnet. In alternativen Ausführungsformen werden andere Messeinrichtungen verwendet, z. B. auf Basis von Licht oder mechanische Messeinrichtungen.
• Die Vorrichtung ist so über eine Steuereinrichtung steuerbar, dass alle automatisierten Schritte reproduzierbar durchgeführt werden können, d. h. insbesondere gleiche Zeiten für das Abwiegen, gleiche Zeitabstände zwischen den einzelnen Stationen, gleiche Homogenisierungsintervalle und gleiche Messverfahren.
• Zur Durchführung des Tests werden die Becher in bevorzugter Ausführungsform. mit Becherträger, die Homogenisierungseinrichtung und die Messvorrichtung in festen Abständen zueinander aufgestellt, so dass der Roboter den Becher von Station zu Station bewegen kann.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Homogenisierungseinrichtung, bei der ein mechanisches Rührwerk verwendet wird, wird der Becher ggf. mit Becherträger, und der Rührer, bevorzugt ein Einwegrührer durch den Roboter aufgenommen, die Antriebsachse des Rührorgans mit dem Einwegrührer bestückt und der Becherträger der Dosiereinrichtung zugeführt. Üblicherweise handelt es sich um separate Dosiereinrichtungen für die Palyol- und die Isocyanatkomponente. Es können die üblichen Vorrichtungen zur Dosierung von Flüssigkeiten eingesetzt werden. Am vorteilhaftesten ist der Einsatz von Dosierspritzen, da diese die höchste Genauigkeit bei der Dosierung erlauben. Alternativ ist eine Dosierung über eine mit Überdruck beaufschlagte oder mit einem Silikon-Dosierventil ausgestattete Flasche denkbar.
• Um die Messbarkeit der Mengen an zugesetzten Einzelkomponenten zu gewährleisten werden die Komponenten nacheinander dosiert.
• Das Dosieren erfolgt vorzugsweise durch Einwägen und wird üblicherweise durchgeführt, indem bei der Dosiereinrichtung der Soll-Wert für die jeweilige Komponente eingegeben wird. Während des Dosierens wird der Sollwert der zugeführten Komponente mit dem Ist-Wert dieser Komponente verglichen. Nach dem Erreichen des Sollwertes wird die Dosierung der jeweils dosierten Komponenten beendet. Bei der Verwendung von Dosierspritzen wird dazu die Bewegung des Kolbens beendet, bei der Verwendung von druckbeaufschlagten oder mit einem Dosierventil ausgestatten Flaschen erfolgt eine Druckentlastung. Erfolgt die Dosierung über Fördervorrichtungen, z. B. Spritzen, kann die Dosierung der verschiedenen Komponenten ggf. gleichzeitig erfolgen. Wird die Menge der zugegebenen Komponenten gravimetrisch, z. B. mit einer Waage bestimmt, so müssen die einzelnen Komponenten nacheinander zugegeben werden.
• Wenn alle Komponenten in den Becher dosiert wurden, wird der Becher ggf. mit Becherträger zu der Homogenisierungseinrichtung befördert und dort homogenisiert, Bevorzugt wird der Inhalt des Bechers durch Rühren homogenisiert. Als Rührer kommen die üblichen Rührer zum Einsatz, dies können auch Magnetrührer sein. In einer Ausführungsform werden sehr gute Ergebnisse bei der Verwendung eines Schrägblattrührers erzielt.
• Nach Beendigung des Rührens wird der Becher von der Homogenisierungseinrichtung entfernt, im Falle eines Rührers nach unten weg gefahren, und der Messeinrichtung zugeführt.
• Bevorzugt erfolgt die Bestimmung der Steigzeit mittels Ultraschall. Dazu wird der Becher unter den Ultraschallmesskopf geführt und die Steigkurve des Schaums aufgenommen. Alternativ kann die Bestimmung der Steigkurve auch über lasertriangulometrische Messverfahren erfolgen sowie jedes andere geeignete Verfahren basierend auf mechanischer Messung und/oder Lichtmessung erfolgen.
• An dem im Becher ausgehärteten Schaum können die notwendigen mechanischen Prüfungen, die Bestimmung der freigeschäumten Dichte oder Messung anderer Parameter vorgenommen werden. Dabei ist es möglich, den ausreagierten Schaum den erforderlichen Vorrichtungen ebenfalls automatisch zuzuführen.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Messung des Steigverhaltens von Schäumen, bestehend aus einem Becher, in den die einzelnen Komponenten eines Schaumes über eine Dosiereinrichtung dosiert werden, einer Homogenisierungseinrichtung und eine Messeinrichtung zur Messung der Steigkurve des Schaumes, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest eine der folgenden Stationen in der genannten Reihenfolge, bevorzugt mehrere, insbesondere alle automatisiert durchführt: – Dosierung der Komponenten eines Schaumes in den Becher – Homogenisieren der Komponenten in dem Becher – Aufnahme der Steigekurve durch eine Messeinrichtung.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Stationen räumlich voneinander getrennt sind und der Roboter den Becher von einer Station zu der nächsten Station bewegt
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Becher zumindest bei zwei Stationen seine räumliche Position nicht verändert.