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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Expandieren von Schaumstoffpartikel.
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Vorrichtungen zum Expandieren von Schaumstoffpartikel werden in Produktionsanlagen verwendet, um Schaumstoffgranulate aufzuschäumen. Hierbei sollen die Schaumstoffgranulate zu aufgeschäumten Schaumstoffpartikel umgesetzt werden, die jedoch nicht miteinander verbunden werden sollen. Diese aufgeschäumten Schaumstoffpartikel werden dann üblicherweise Formteilautomaten zugeführt, in welchen die aufgeschäumten Schaumstoffpartikel zu einem Partikelschaumstoffteil verschweißt werden. Diese Vorrichtungen zum Expandieren von Schaumstoffpartikel werden deshalb auch oft als Vorschäumer bezeichnet, mit welchen die Schaumstoffgranulate vor der Herstellung der Partikelschaumstoffteile aufgeschäumt werden.
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Üblicherweise besitzen solche Vorschäumer einen großen Behälter, in welchen eine Vielzahl von Schaumstoffpartikel aufgenommen werden können. Diesen Schaumstoffpartikeln wird Dampf zugeführt, um diese zu erwärmen. Die Behälter sind oftmals mit Rührer versehen, so dass während des Erwärmens der Schaumstoffpartikel sichergestellt wird, dass die einzelnen Schaumstoffpartikel sich nicht miteinander verbinden. In den Schaumstoffpartikeln kann ein Treibmittel enthalten sein, wie zum Beispiel Pentan, das bei Raumtemperatur flüssig ist. Durch die Erwärmung geht das Treibmittel in den gasförmigen Zustand über und dehnt das Schaumstoffpartikel von innen heraus aus. Das Treibmittel kann jedoch auch Luft sein, welche insbesondere in den Schaumstoffpartikel unter im Vergleich zum Umgebungsdruck höheren Druck enthalten ist. Durch Erwärmen der in den Schaumstoffpartikeln enthaltenen Luft können diese ausgedehnt werden.
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Die
DE 27 47 361 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung zum Vorschäumen (unpolarer) geschäumter Kunststoffpartikel. Bei diesem Verfahren wird ein unpolarer Kunststoff in Form von Teilchen (Granulat), der ein Treibmittel enthält, mit einer polaren Flüssigkeit angefeuchtet und einer ultrahochfrequenten elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt. Unter Wirkung der elektromagnetischen Strahlung wird die polare Flüssigkeit erhitzt und bewirkt so das Aufschäumen der Teilchen. Für die elektromagnetischen Wellen wird eine Frequenz zwischen 900 MHz und 10 GHz angegeben.
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Die
DE 196 54 860 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Kunststoffschaum-Beads (-Perlen). Die Beads werden mit einem mikrowellenaktiven Material beschichtet und mit Mikrowellen beaufschlagt. Bei diesem Verfahren wird die Form nur teilweise mit Beads gefüllt. Durch Erwärmung der Beads auf Vorschäumtemperatur wird durch Expansion der Beads zunächst ein Auffüllen des Formhohlraums erreicht (=Vorschäumen). Durch eine weitere Erwärmung der Beads auf Schweißtemperatur und einen daraus resultierenden Druckanstieg wird ein Verschweißen erzielt.
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Das Dokument
DE 199 21 277 A1 bezeichnet ein Verfahren zur Herstellung eines vorgeschäumten Polymergranulats und eines geschäumten Formteils. Das Ziel dieses Verfahrens ist es ein Polymergranulat aus Rohstoffen nicht-petrochemischen Ursprungs und folglich auch ein solches Formteil bereitzustellen. Dafür wird ein Granulat auf Basis eines Biopolymers hergestellt, wobei Stärke an Keime (native und vorgelatisierte Stärke) angelagert wird und das sich so bildende und Stärke umfassende Granulat expandiert wird. Die Granalien umfassen ein Treibmittel und werden zur Erleichterung des Vorschäumens mit Wasser befeuchtet. Das Vorschäumen geschieht durch eine Beaufschlagung mit Mikrowellen.
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Die
DE 10 2016 123 214 A1 weist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Partikelschaumstoffteils auf. Die Vorrichtung umfasst ein Formwerkzeug, das einen Formraum begrenzt, wobei benachbart zum Formraum zwei Kondensatorplatten angeordnet sind, welche mit einer Strahlungsquelle für elektromagnetische Wellen verbunden sind. Das Formwerkzeug ist aus zwei Formhälften ausgebildet, wobei zumindest eine der Formhälften aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet sein kann und eine der Kondensatorplatten darstellt. Auf der Internetseite der Neuen Materialienbau Bayreuth GmbH (www.nmbgmbh.de/new/Infrarotvorschäumen-auf-dem-Weg-zur-Serienreife/) wird ein Forschungsvorhaben mit der Bezeichnung IR-Prefoam beschrieben, bei dem mit Treibmittel beladene Mikrogranulate zu Schaumperlen expandiert werden, wobei die Mikrogranulate mittels Infrarotstrahlung erwärmt werden. Hierbei wird kein Dampf verwendet. Das Verfahren ist somit trocken.
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Damit die Schaumstoffpartikel gleichmäßig erwärmt werden, müssen sie zur Bestrahlung mittels Infrarotstrahlung vereinzelt werden, da Infrarotstrahlung eine Schüttung von Schaumstoffpartikel nicht durchdringen kann.
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Durch die Verwendung von Infrarotstrahlung können Schaumstoffpartikel aus Materialien expandiert werden, welche erst bei höheren Temperaturen als Polystyrol weich werden bzw. schmelzen.
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Bisher wurden Schaumstoffpartikel vor allem aus Polystyrol (ePS) und Polypropylen (ePP) verwendet. In den letzten Jahren werden auch Schaumstoffpartikel aus Polyurethan (ePU) zunehmend häufiger eingesetzt. Man ist dabei, weitere Materialien, wie zum Beispiel Polyamid (ePA), Polyether-Block-Amid (ePEBA), Polylaktat (ePLA), Polyethylenterephthalat (e-PET), Polybutylenterephthalat (ePBT) und Polyesteretherelastomer (eTPEE) als Materialien für Schaumstoffpartikel einzuführen, aus welchen Partikelschaumstoffteile hergestellt werden. Versuche haben gezeigt, dass Schaumstoffpartikel aus manchen dieser Materialien nicht zuverlässig und reproduzierbar mittels Infrarotstrahlung expandiert werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Expandieren von Schaumstoffpartikel zu schaffen, mit welchen Schaumstoffpartikel aus unterschiedlichen Materialien zuverlässig und reproduzierbar expandiert werden können.
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Eine weitere Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist die Schaffung einer Vorrichtung zum Expandieren von Schaumstoffpartikel, bei welchen die Schaumstoffpartikel trocken expandiert werden, so dass keine Trocknung derselben nach dem Expandieren notwendig ist.
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Eine weitere Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist die Schaffung einer Vorrichtung zum Expandieren von Schaumstoffpartikel, welche kompakt ausgebildet ist.
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Eine oder mehrere der vorgenannten Aufgaben werden durch die in Anspruch 1 definierte Vorrichtung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Expandieren von Schaumstoffpartikel umfasst
- - einen Behälter zum Aufnehmen von Schaumstoffpartikel,
- - eine Wärmequelle zum Erwärmen der Schaumstoffpartikel, wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, mit welcher die zugeführte Wärmemenge so gesteuert wird, dass die Schaumstoffpartikel im Behälter nicht miteinander verschweißen. Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Wärmequelle zum Übertragen der Wärme mittels elektromagnetischer Wellen, insbesondere RF-Wellen, ausgebildet ist.
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Die angelegten elektromagnetischen Wellen können eine Schüttung aus mehreren Lagen Schaumstoffpartikel durchdringen, so dass die Schaumstoffpartikel zuverlässig und reproduzierbar erhitzt werden, selbst wenn sie im Behälter in mehreren Schichten übereinander angeordnet sind. Dies ist mit Infrarotstrahlung nicht in diesem Maße sichergestellt, da ein Großteil der Infrarotstrahlung bereits an der Oberfläche einer Schüttung absorbiert wird.
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Mit den elektromagnetischen Wellen, insbesondere der RF-Wellen kann zuverlässig und reproduzierbar eine große Menge an Schaumstoffpartikel auf einmal expandiert werden. In dieser Vorrichtung zum Expandieren von Schaumstoffpartikel können die Schaumstoffpartikel sehr kompakt in einem Behälter während des Expandierens in einer Schüttung vorgehalten werden. Dies erlaubt eine kompakte Ausbildung der Vorrichtung. Die benötigte Standfläche der Vorrichtung ist somit gering. Es wird auch kein Dampfgenerator zum Erzeugen von Dampf benötigt, welcher bei herkömmlichen Vorschäumern das größte Bauteil der gesamten Vorrichtung ist.
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Die Wärmequelle kann zwei Kondensatorplatten umfassen, zwischen welchen der Behälter anordbar ist, wobei die Kondensatorplatten mit einem RF-Generator verbunden sind, um RF-Wellen zwischen den Kondensatorplatten zu erzeugen.
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Der Behälter kann eine Öffnung aufweisen. Hierdurch ist der Behälter in kommunizierender Verbindung mit der Umgebung und im Behälter liegt der Umgebungsdruck an. Dies verhindert, dass durch das Expandieren der Schaumstoffpartikel im Behälter der Druck ansteigt. Vorzugsweise ist der Behälter ein nach oben hin offener Behälter.
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Es können auch mehrere Behälter in Form mehrerer Gebinde vorgesehen sein, welche bspw. mit einer Transporteinrichtung im Kreislauf entlang mehrerer Arbeitsstationen befördert werden. Als „Gebinde“ werden Behälter verstanden, welche lösbar mit der Vorrichtung in Verbindung sind, so dass die Gebinde von der Vorrichtung entfernt werden können, um bspw. Schaumstoffpartikel zu einem Formteilautomaten zu transportieren.
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Die Transporteinrichtung kann ein Drehteller sein. Die Transporteinrichtung kann jedoch auch eine beliebige andere Fördereinrichtung, wie zum Beispiel ein Linearförderer, sein. Es können auch zwei übereinander angeordnete Linearförderer vorgesehen sein, wobei an den Enden der Linearförderer jeweils eine Hubeinrichtung oder/und eine Absenkeinrichtung vorgesehen ist, um die Gebinde von dem unteren Linearförderer auf den oberen anzuheben bzw. vom oberen Linearförderer auf den unteren abzusenken. Die Transporteinrichtung kann auch lediglich aus einem einzigen Linearförderer ausgebildet sein, wobei an einem Ende jeweils ein Gebinde mit nicht-expandierten Schaumstoffpartikel aufgegeben und am anderen Ende mit expandierten Schaumstoffpartikel entnommen wird, so dass das die expandierten Schaumstoffpartikel enthaltende Gebinde zur Beladung eines Formteilautomaten mit expandierten Schaumstoffpartikel verwendet werden kann.
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Die Arbeitsstationen können eine Füllstation, eine Schäumstation und eine Entnahmestation umfassen. An der Füllstation werden die zu expandierenden Schaumstoffpartikel bezüglich der Vorrichtung zum Expandieren von Schaumstoffpartikel geladen. Dieses Beladen kann durch Beladen von im Kreis geförderten Gebinden mit Schaumstoffpartikeln erfolgen. Alternativ ist es auch möglich, dass ein bereits mit Schaumstoffpartikel gefülltes Gebinde zugeführt wird. Dementsprechend kann an der Entnahmestation das Gebinde entleert werden oder das mit dem expandieren Schaumstoffpartikel gefüllte Gebinde insgesamt entnommen werden. An der Schäumstation werden die Schaumstoffpartikel erwärmt und damit expandiert. Die Schäumstation weist somit die Kondensatorplatte auf, mit welchen die RF-Wellen erzeugt wird.
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Die Füllstation kann mit einer Waage, einer Volumenmessvorrichtung und/oder einer Zähleinrichtung versehen sein, so dass das Gewicht, das Volumen und/oder die Anzahl der Schaumstoffpartikel der dem Behälter zuzuführenden Ladung gemessen wird, um die Ladung für jeden Behälter exakt zu dosieren. Hierdurch ist die Menge der in einem jeden Behälter bzw. Gebinde enthaltenen Schaumstoffpartikel bekannt.
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Die Arbeitsstationen können weiterhin eine Stabilisationsstation umfassen, in welcher die erwärmten, expandierten Schaumstoffpartikel abkühlen. Während des Abkühlens können die Schaumstoffpartikel mit einem Rührwerk gerührt werden.
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Weiterhin kann eine Station zum Zuführen eines Wärmeübertragungsmediums vorgesehen sein. Die Zugabe eines Wärmeübertragungsmediums ist dann zweckmäßig, wenn Schaumstoffpartikel expandiert werden sollen, welche aus einem Material bestehen, das RF-Wellen nur gering absorbiert. Derartige Materialien sind beispielsweise Polystyrol oder Polypropylen. Ein geeignetes Wärmeübertragungsmedium ist beispielsweise Wasser. Dieses Wasser wird in den Behälter bzw. in das Gebinde mit einer Zerstäubungsdüse eingesprüht, wobei die Schaumstoffpartikel vorzugsweise mit einem Rührer gleichzeitig umgerührt werden, um so eine gleichmäßige Verteilung des Wassers zwischen den Schaumstoffpartikeln zu erhalten.
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Schaumstoffpartikel auf Basis von Polyurethan (ePU), Polyether-Block-Amid (ePEBA), Polylaktat (PLA), Polyamid (ePA), Polybutylenterephthalat (ePBT), Polyester-Ether-Elastomer (eTPEE) oder Polyethylenterephthalat (ePET) können grundsätzlich auch verwendet werden. Derartige Materialien absorbieren elektromagnetische Wellen gut, so dass Schaumstoffpartikel aus diesen Materialien ohne Zugabe von einem Wärmeübertragungsmedium mittels elektromagnetischer Wellen erhitzt werden können.
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Die Materialien, welche elektromagnetische Strahlung, insbesondere RF-Wellen, gut absorbieren, weisen jeweils eine funktionelle Gruppe (hier: Amidgruppe, Urethangruppe bzw. Estergruppe) auf, welche ein Dipolmoment bewirken. Diese funktionellen Gruppen sind dafür verantwortlich, dass die Moleküle die elektromagnetische Strahlung absorbieren. Daher sind auch andere thermoplastische Kunststoffe, welche derartige, ein Dipolmoment verursachende funktionelle Gruppen aufweisen, geeignet mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere RF-Wellen, ohne Wärmeübertragungsmedium erhitzt zu werden.
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Die elektromagnetischen Wellen sind vorzugsweise elektromagnetische RF-Wellen. Die elektromagnetischen RF-Wellen weisen vorzugsweise eine Frequenz von zumindest 30 KHz bzw. zumindest 0,1 MHz, insbesondere zumindest 1 MHz bzw. zumindest 2 MHz und vorzugsweise zumindest 10 MHz auf.
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Die elektromagnetischen RF-Wellen weisen vorzugsweise eine Frequenz von maximal 300 MHz auf.
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Der Generator zum Erzeugen von elektromagnetischen Wellen erzeugt vorzugsweise elektromagnetische Wellen mit einer Amplitude von zumindest 103 V und insbesondere zumindest 104 V. Handelsübliche Generatoren erzeugen RF-Wellen mit einer Frequenz von 27,12 MHz.
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Die elektromagnetischen Wellen können auch Mikrowellen im Frequenzbereich von 300 MHz bis 300 GHz sein.
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Der Behälter oder die Gebinde sind vorzugsweise aus einem für elektromagnetische Wellen, insbesondere RF-Wellen transparenten Material ausgebildet.
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Der Behälter oder ein jedes Gebinde kann ein Rührwerk aufweisen.
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Die Rührwerke können mit einem Kopplungselement versehen sein, um eine außerhalb des Behälters oder außerhalb des Gebindes angeordnete Antriebseinrichtung hieran anzukoppeln. Dieses Kopplungselement ist beispielsweise ein Körper mit einer bestimmten Geometrie, an dem ein Gegenkopplungselement aufsteckbar ist und formschlüssig angreifen kann.
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Die Vorrichtung kann eine oder mehrere Antriebseinrichtungen aufweisen, um jeweils eines der Rührwerke während des Erwärmens der Schaumstoffpartikel und/oder während des Befüllens und/oder während des Zuführens eines Wärmeübertragungsmediums zu betätigen.
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Die Vorrichtung kann einen Sensor zum Messen des Füllstandes des Behälters vor und/oder während und/oder nach dem Expandieren aufweisen, wobei die Höhe des Füllstandes als Regelgröße zum Steuern der zuzuführenden Wärmemenge der Steuereinrichtung zugeführt wird. Hierdurch kann der Expansionsgrad sehr präzise geregelt werden.
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Es kann auch ein Sensor zum Erfassen der Größe und/oder Dichte der expandierten Schaumstoffpartikel vorgesehen sein und diese Größe und/oder Dichte kann als Regelgröße zum Steuern der zuzuführenden Wärmemenge der Steuereinrichtung zugeführt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend näher beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen schematisch in:
- 1 wesentliche Teile einer Vorrichtung zum Expandieren von Schaumstoffpartikel mit mehreren Arbeitsstationen, welche entlang einem Drehteller angeordnet sind, in einer Draufsicht,
- 2 der Drehteller aus 1 in der Draufsicht, und
- 3 die Vorrichtung aus 1 in einer schematischen Schnittansicht durch eine Schäumstation entlang der Linie A-A in 1 in einer Seitenansicht.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zum Expandieren von Schaumstoffpartikel näher erläutert. Solche Vorrichtungen werden kurz als „Vorschäumer“ 1 bezeichnet.
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Der Vorschäumer 1 weist einen Drehteller 2 (1 und 2) auf, der von einer Antriebseinrichtung intermittierend im Uhrzeigersinn (Pfeil 3) angetrieben wird. Am Drehteller 2 sind fünf Gebinde 4 angeordnet.
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Die Gebinde 4 bilden jeweils einen in der Draufsicht zylinderförmigen Behälter mit einer Bodenwandung 5 und einer kreiszylindrischen Mantelwandung 6.
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In einem jeden Gebinde 4 ist ein Rührwerk 7 angeordnet. Das Rührwerk 7 ist aus einer zentralen, konzentrisch zur Mantelwandung 6 angeordneten Rührwelle 8 und daran angeformten Rührpaddeln 9 ausgebildet (3). Die Rührwelle 8 erstreckt sich durch die Bodenwandung 5 hindurch und ist an dieser drehbar gelagert. An einem sich von der Rührwelle 8 nach außen erstreckenden Fortsatz ist ein Kupplungselement 10 befestigt.
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Der Drehteller 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist fünf kreisförmige Durchgangslöcher 11 auf (2), durch welche sich jeweils nach unten der Fortsatz der Rührwelle 8 erstreckt, so dass das Kupplungselement 10 der jeweiligen Gebinde 4 unterhalb des Drehtellers 2 angeordnet ist.
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Der Drehteller 2 ist angrenzend zu den Durchgangslöchern 11 jeweils aus einer elektrisch leitenden Scheibe 12 ausgebildet, welche, wie es unten näher erläutert wird, als Kondensatorplatte fungiert. Die elektrisch leitende Scheibe 12 ist jeweils konzentrisch zum jeweiligen Durchgangsloch 11 angeordnet. Die elektrisch leitende Scheibe ist vorzugsweise aus einer Metallplatte, insbesondere Aluminium- oder Kupferplatte, ausgebildet. Im Übrigen ist der Drehteller 2 aus einem nicht-elektrisch leitenden Material ausgebildet.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die folgenden fünf Arbeitsstationen vorgesehen:
- - Füllstation 13,
- - eine Station 14 zum Zuführen eines Wärmeübertragungsmediums,
- - eine Schäumstation 15,
- - eine Stabilisationsstation 16, und
- - eine Entnahmestation 17.
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Die Stationen 13-17 sind entlang einem Kreis auf dem Drehteller 2 ausgebildet. Der Drehteller 2 wird derart intermittierend bewegt, dass er jeweils mit einem der Durchgangslöcher 11, welche jeweils eine Gebindeposition definieren, an einer der Stationen stehen bleibt.
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An der Füllstation 13 wird ein mit zu schäumenden Schaumstoffpartikel gefülltes Gebinde 4 auf den Drehteller 2 derart eingesetzt, dass das Kupplungselement 10 durch das Durchgangsloch 11 hindurchgesteckt wird.
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An der Station 14 zum Zuführen eines Wärmeübertragungsmediums wird über eine Leitung 18 Wärmeübertragungsmedium zugeführt und mittels einer Düse 19 in das Gebinde 4 gesprüht, um die darin befindlichen Schaumstoffpartikel zu benetzen. Vorzugsweise wird das Rührwerk 7 mittels einer Antriebseinrichtung, wie sie unten näher anhand der Schäumstation 15 erläutert wird, angetrieben. Durch das gleichzeitige Besprühen mit dem Wärmeübertragungsmedium und dem Umrühren der Schaumstoffpartikel wird das Wärmeübertragungsmedium gleichmäßig zwischen den Schaumstoffpartikeln verteilt und benetzt gleichmäßig die Oberfläche der Schaumstoffpartikel. Das Wärmeübertragungsmedium ist vorzugsweise Wasser. Es sind jedoch auch andere polare Flüssigkeiten geeignet. Das Wärmeübertragungsmedium kann auch ein Pulver sein.
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An der Schäumstation ist eine ortsfeste, obere Kondensatorplatte 20 ein Stück oberhalb eines sich in der Schäumstation 15 befindenden Gebindes 4 angeordnet. Die Kondensatorplatte 20 ist mit einer Wellenleitung 21 mit einem RF-Generator 22 verbunden. Der RF-Generator ist mit der elektrischen Erde 23 verbunden und zum Erzeugen von RF-Wellen gegenüber der elektrischen Erde ausgebildet. Diese RF-Wellen werden über die Wellenleitung 21 an der Kondensatorplatte 20 angelegt.
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An der Schäumstation 15 ist ein Abschirmgehäuse 24 aus einem elektrisch leitenden Blech ausgebildet. Das Abschirmgehäuse 24 ist zylinderförmig mit einer Mantelwandung 25 und einer Deckenwandung 26 ausgebildet. Das Abschirmgehäuse ist mit einer Hubeinrichtung (nicht dargestellt) versehen, so dass es der Mantelwandung 25 in einen Bereich oberhalb der Gebinde 4 angehoben werden kann, so dass die Gebinde durch Drehen des Drehtellers 2 unterhalb dem angehobenen Abschirmgehäuse 24 weiter bewegt werden können. In der Deckenwandung 26 ist mittig eine Öffnung ausgebildet, durch die sich die Wellenleitung 21 erstreckt. Die Darstellung in 3 ist nicht maßstabsgetreu. Die Wellenleitung 21 erstreckt sich von der Kondensatorplatte 20 so weit nach oben, dass ausreichend Platz zum Anheben des Abschirmgehäuses 24 vorhanden ist.
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Die Gebinde 4 und das Rührwerk 7 sind aus einem für RF-Wellen im Wesentlichen transparenten Material ausgebildet. Dieses Material ist beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylen, insbesondere UHMWP oder Polyetherketon (PEEK). Hierdurch beeinträchtigen die Gebinde 4 und die Rührwerke 7 das zwischen den Kondensatorplatten 12, 20 angelegte elektrische Feld nicht.
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An der Schäumstation ist unterhalb des Drehtellers 12 eine Antriebseinrichtung 27 angeordnet, welche ein Gegenkopplungselement 28 zum formschlüssigen Koppeln mit dem Kupplungselement 10 des Rührwerks 7 aufweist. Das Gegenkopplungselement 28 ist an eine Drehwelle 29 gekoppelt, welche von einem Motor 30 angetrieben wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Motor 30 ein Pneumatikmotor. Es kann jedoch auch ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor sein. Der Motor 30 wird von einer pneumatisch betätigbaren Zylinder-/Kolbeneinheit 31 getragen, so dass die Antriebseinrichtung 27 in Vertikalrichtung angehoben bzw. abgesenkt werden kann. Beim Anheben greift das Gegenkopplungselement 28 der Antriebseinrichtung 27 in das als Kopplungselement fungierende Kupplungselement 10 des Rührwerks 7 ein und bildet eine drehfeste Verbindung aus. Hierdurch kann eine Drehbewegung des Motors 30 über das Gegenkopplungselement 28 auf das Kupplungselement 10 und damit auf das Rührwerk 7 übertragen werden.
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Durch Absenken der Antriebseinrichtung 27 wird diese vom Rührwerk 7 entkoppelt, so dass der Drehteller 2 ein Stück bewegt werden kann und die Gebinde 4 zur nächsten Arbeitsstation befördert werden können.
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Die Antriebseinrichtung 27 ist mit der elektrischen Erde 23 verbunden. Bei der Kopplung mit dem Kupplungselement 10 wird diese elektrische Erde bzw. die elektrische Masse an die elektrisch leitende Scheibe 12 des Drehtellers 2 gekoppelt, die dann als geerdete Kondensatorplatte wirkt. Zwischen den beiden Kondensatorplatten 12, 20 kann dann ein elektrisches Feld in Form von RF-Wellen angelegt werden.
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Optional ist an der Schäumstation ein Füllstandsensor 32 vorgesehen, um den Füllstand der Schaumstoffpartikel im Gebinde 4 zu bestimmen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Füllstandsensor 32 eine Kamera, welche innenseitig am oberen Randbereich des Abschirmgehäuses 24 befestigt und mit ihrer Blickrichtung zum Gebinde 4 hin ausgerichtet ist. Das Gebinde 4 ist vorzugsweise aus einem transparenten Material ausgebildet oder weist transparente, streifenförmige Einsätze an der Mantelwandung 6 auf, so dass mit der Kamera 32 die im Gebinde 4 befindlichen Schaumstoffpartikel direkt abgetastet werden können.
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Die Kamera 32 ist durch die Position am oberen Randbereich des Abschirmgehäuses 24 nicht unmittelbar dem elektrischen Feld zwischen den Kondensatorplatten 12, 20 ausgesetzt. Es können zusätzliche Abschirmplatten 33 aus einem elektrisch leitenden Material vorgesehen sein.
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Der Füllstandsensor 32 ist mit einer Steuereinrichtung 34 verbunden. Die Steuereinrichtung 34 steuert sowohl die Drehbewegung des Drehtellers 2, die Drehbewegungen der Gebinde 4 und die Wärmezufuhr mittels der vom RF-Generator 22 bereitgestellten RF-Wellen.
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An der Stabilisationsstation 16 verweilen die Schaumstoffpartikel im Gebinde 4 um abzukühlen. Optional kann die Stabilisationsstation 16 mit einer Antriebseinrichtung versehen sein, um das Rührwerk 7 während des Stabilisierens zu drehen. Zusätzlich kann eine Kühleinrichtung, wie zum Beispiel ein Kühlgebläse, vorgesehen sein, das auf das Gebinde 4 oder von oben in das Gebinde 4 Kühlluft bläst.
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An der Entnahmestation 17 wird das Gebinde 4 mit den expandierten Schaumstoffpartikeln entnommen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird hierzu das Gebinde 4 vom Drehteller 2 abgehoben. Das Entnehmen eines Gebindes 4 oder das Einsetzen eines anderen Gebindes 4 kann auch an einer kombinierten Füll-/Entnahmestation erfolgen. Hierzu sind nicht zwei separate Stationen notwendig. Zwei separate Stationen sind dann zweckmäßig, wenn anstelle von entnehmbaren Gebinde, fest an dem Drehteller 2 angeordnete Behälter vorgesehen sind, welche an einer Füllstation 13 mit zu expandierenden Schaumstoffpartikel gefüllt und an der Entnahmestation 17, beispielsweise mittels eines Saugrohrs, entleert werden.
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Sind die Schaumstoffpartikel aus einem Material, wie zum Beispiel Polystyrol, ausgebildet, so dass sie wenig aneinander haften, dann können auch die Rührwerke 7 und die entsprechenden Antriebseinrichtungen 27 vollständig entfallen.
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Werden Schaumstoffpartikel aus Polymermaterialien verwendet, welche funktionelle Gruppen aufweisen, die RF-Wellen gut absorbieren, dann ist kein Wärmeübertragungsmedium notwendig und die Station zum Zuführen eines Wärmeübertragungsmediums kann entfallen.
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Mit dem an der Schäumstation 15 angeordneten Füllstandsensor 32 kann das Expandieren der Schaumstoffpartikel unmittelbar beobachtet werden und der Füllstand kann als Regelgröße zum Zuführen der Wärme verwendet werden. Da an der Schäumstation 15 ein starkes elektrisches Feld vorliegt (elektrische Spannungen bis einige 1000 V), kann es auch zweckmäßig sein, einen Füllstandsensor bei der auf die Schäumstation 15 folgenden Station vorzusehen, um den nach Abschluss der Expansion erreichten Füllstand abzutasten. Auch dieser Füllstand kann als Regelgröße zum Regeln der zuzuführenden Wärme verwendet werden. Diese Regelung wirkt sich jedoch nicht unmittelbar auf die Schaumstoffpartikel aus, von welchen der Füllstand gemessen worden ist, sondern lediglich auf die nächste Ladung von Schaumstoffpartikel.
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Zusätzlich kann ein weiterer Füllstandsensor an der Arbeitsstation, welche in Drehrichtung 3 vor der Schäumstation 15 angeordnet ist, vorgesehen sein, um den Füllungszustand der nicht-expandierten Schaumstoffpartikel abzutasten. Ist der Füllstandsensor 32 nicht an der Schäumstation 15 angeordnet, dann ist er keinem starken elektrischen Feld ausgesetzt. Hierdurch können unterschiedliche Typen von Zustandssensoren, wie zum Beispiel Ultraschallsensoren, kapazitive Sensoren, Stereokameras oder dergleichen verwendet werden.
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Durch die Verwendung von RF-Wellen können die Schaumstoffpartikel ohne Zuführen von großen Mengen heißem Dampf trocken erhitzt werden, wobei die Schaumstoffpartikel im Behälter bzw. Gebinde in loser Schüttung in größerer Menge vorgehalten werden können. Selbst wenn ein Wärmeübertragungsmedium hinzugegeben wird, ist das gesamte Verfahren wesentlich trockener als bei einer herkömmlichen Expansion mittels Dampf. Wenn das Wärmeübertragungsmedium Wasser ist, dann beträgt die Menge an zugeführtem Wasser lediglich etwa 1/10tel der Menge an Wasser, die als Dampf zuzuführen wäre, wenn die Schaumstoffpartikel mittels Dampf erhitzt werden würden.
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Dem Vorschäumer 1 eine Vorrichtung zum Sortieren von Schaumstoffpartikeln und/oder Abmessen der Menge von Schaumstoffpartikeln nachgeordnet sein. Hierdurch ist es möglich, die Qualität der vorgeschäumten Schaumstoffpartikel zu überwachen und sie entsprechend zu sortieren. Darüber hinaus kann durch die Überwachung der Qualität der vorgeschäumten Schaumstoffpartikel automatisch die im Vorschäumer 1 zugeführte Wärme gesteuert werden, so dass die Schäumvorrichtung derart betrieben werden kann, um Schaumstoffpartikel mit einer bestimmten Größe und/oder bestimmten Dichte herzustellen und die Wärmezufuhr hierdurch automatisch eingestellt wird. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Wärmezufuhr mittels elektromagnetischer Wellen, insbesondere RF-Wellen und/oder Mikrowellen erfolgt, da die Dosierung der Wärmezufuhr mittels elektromagnetischer Wellen ohne eine solche Rückkopplung oftmals schwierig ist. Dies stellt einen eigenständigen Erfindungsgedanken dar.
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Die mittlere Größe der vorgeschäumten Schaumstoffpartikel kann bspw. mittels eines volumetrischen Dosiersystems bestimmt werden. Zur Bestimmung der mittleren Dichte der Schaumstoffpartikel kann das volumetrische Dosiersystem mit einer Waage kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorschäumer
- 2
- Drehteller
- 3
- Pfeil
- 4
- Gebinde
- 5
- Bodenwandung
- 6
- Mantelwandung
- 7
- Rührwerk
- 8
- Rührwelle
- 9
- Rührpaddel
- 10
- Kupplungselement
- 11
- Durchgangsloch
- 12
- Elektrisch leitende Scheibe
- 13
- Füllstation
- 14
- Station zum Zuführen eines Wärmeübertragungsmediums
- 15
- Schäumstation
- 16
- Stabilisationsstation
- 17
- Entnahmestation
- 18
- Leitung
- 19
- Düse
- 20
- Kondensatorplatte
- 21
- Wellenleitung
- 22
- RF-Generator
- 23
- Elektrische Erde
- 24
- Abschirmgehäuse
- 25
- Mantelwandung
- 26
- Deckenwandung
- 27
- Antriebseinrichtung
- 28
- Gegenkopplungselement
- 29
- Drehwelle
- 30
- Motor
- 31
- Zylinder-/Kolbeneinheit
- 32
- Füllstandsensor
- 33
- Abschirmplatte
- 34
- Steuereinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2747361 A1 [0004]
- DE 19654860 A1 [0005]
- DE 19921277 A1 [0006]
- DE 102016123214 A1 [0007]
