DE2462936C2

DE2462936C2 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von rechteckigen Querschnitt aufweisendem Schaumstoffmaterial gleichförmiger Dichte und isotroper Zellstruktur

Info

Publication number: DE2462936C2
Application number: DE2462936A
Authority: DE
Inventors: Lawrence Palos Verdes Peninsula Calif. Porter
Original assignee: Upjohn Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1973-07-23
Filing date: 1974-07-19
Publication date: 1983-05-26
Also published as: ES447835A1; ES428320A1; DE2434938A1; FR2238573B1; IT1016945B; US3887670A; NL7409535A; JPS5743415B2; NL168751B; DE2434938C3; DE2434938B2; FR2238573A1; NL168751C; JPS5044262A; GB1472916A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von rechteckigen Querschnitt aufweisendem Schaumstoffmaterial gleichförmiger Dichte und isotroper Zellstruktur gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Eine derartige Vorrichtung ist in der DE-OS 21 42 450 beschrieben.

Bei ihr weist die Abgabeslation einen vertikalen Schacht auf, in we'chen das flüssige schäumfähige Material von unten eingespeist wird und nach oben gedruckt wird. Von einem oberen Abgabeende des vertikalen Schachtes gelangt das schon teilweise aufgeschäumte Material über ein transversales Wehr auf einen schräg nach unten geneigt verlaufenden ersten Förderer. Dessen Geometrie läßt sich dadurch einstellen, daß man eine das Förderband abstützende flexible Stützplatte unter Verwendung einer Mehrzahl von Druckmittelzylindern verbiegt. Am unteren Ende des ersten Förderers wird das aufgeschäumte Material von einem horizontalen Förderer übernommen und härtet auf diesem aus.

Bei der bekannten Vorrichtung muß das schäumfähige Material in der kritischen ersten Aufschäumphase, in welcher die Zellkerne der Poren gebildet werden, die Haftreibung an den Schachtwänden überwinden und das Gewicht der darüberliegenden Materialsäule tragen. Dies wirkt sich auf die Isotropie der Zellstruktur des fertigen Produktes nachteilig aus,
Durch die vorliegende Erfindung soll demgegenüber eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Schaumstoffmaterial gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches geschaffen werden, bei welcher ein kräftefreies Aufschäumen des Materiales in enger Parallelität zum Anstiegsprofil des Materiales auf ebener Oberfläche erhalten wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das flüssige schäumfähige Material auf eine horizontal ausgerichtete Fördereinrichtung gegeben und dort d-^rch die Wehranordnung so aufgestaut, daß man eine stabile Schaumbildungslinie beim oberen Ende des schräg nach unten verlaufenden ersten Förderers erhält Das kräftefreie Aufbringen des schäumfähigen Gemisches auf einen horizontalen Förderer ist an sich aus der DE-OS 17 04 836 bekannt Bei der in dieser Druckschrift beschriebenen Vorrichtung schließt sich an den horizontalen Aufgebbereich des Förderweges ein linear abfallender Förderwegabschnitt an, so daß bei einem linearen Aufschäumen des schäumfähigen Materiales mit der Zeit eine eben durchgehende Materialoberfläche erhalten würde. In Wirklichkeit verläuft jedoch das Aufschäumen gemäß einer S-förmigen Wachstumskurve.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann man dem genauen zeitlichen Verlauf des Aufschäumens und unterschiedlichen Aufschäumcharakteristiken verschiedener schäumfähiger Materialien leicht Rechnung tragen, da das stromaufseitige Ende des ersten

Förderers um eine raumfeste Achse verschwenkbar ist und seine Geometrie einfach dadurch an die Aufschäumcharakteristik des jeweils verarbeiteten Materiales angepaßt wird, daß eine einzige längenverste'.lbare Strebe verstellt wird. Man erhält auf diese Weise ein Produkt mit hervorragender Isotrope;- der Zellstruktur. Durch Einstellung der Neigung des ersten Förderers kann man die Bedingungen des Abziehens des in Aufschäumung begriffenen Materiales von der Wehranordnung auch sehr fein einstellen und damit eine gute

Stabilisierung der Schaumbildungs- oder Cremelinie durch die Wehranordnung sicherstellen.

Durch die Verstellbarkeit des horizontal ausgerichteten zweiten Förderers in Förderrichtung wird ein einstellbares Durchhangsprofil des durchgehenden Tragbandes zwischen dem stromabseitigen Ende des ersten Förderers und dem stromaufseitigen Ende des zweiten Förderers erzielt. Ein derartiges Durchhangsprofil ist dem Endabschnitt eines Anstiegsprofiles sehr nahe verwandt, welcher kurz vor dem Übergang in die endgültige Oberfläche beim freien Aufschäumen von Material auf einer ebenen Unterlage liegt. Auf diese Weise kann man sehr einfach und genau das Spiegelbild des Anstiegsprofiles kurz vor dem Ende des Aufschäumvorganges nachbilden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine seitliche Ansicht einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Erzeugen von Schaumstoffmaterial mit rechteckigem Querschnitt, teilweise geschnitten;

F i g. 2 eine Aufsicht auf den in F i g. 1 links gelegenen Teil der Vorrichtung;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 2;

F i g, 4 einen Schnitt durch den in F i g, 1 links gelegenen Teil der Vorrichtung sowie eine grafische Darstellung, in welcher das Ansteigen der Oberfläche eines schäumbaren Polymermateriales auf einer ebenen Unterlage in Abhängigkeit von der Zeit wiedergegeben ist

Die in der Zeichnung wiedergegebene Vorrichtung zur Herstellung von Schaumstoffblockmaterial hat einen Mischkopf to, der an einer Brücke 12 so aufgehängt ist, daß er mit Hilfe einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung in transversaler Richtung quer über die Breite der Blockformstraße hin- und herbewegbar ist. Die flüssigen Komponenten des Schaumstoffgemisches werden dem Mischkopf unter Druck über flexible Schläuche 14 zugeführt, wobei das flüssige Gemisch durch einen Ausguß 16 des Mischkopfes verteilt wird.

Der Ausguß 16 trägt einen Strom des Gemisches auf eine kontinuierlich durchlaufende, noch näher zu beschreibende Papierbahn auf, die über eine allgemein bei 18 angedeutete, zusammengesetzte Gießplatte läuft, die ihrerseits einen ebenen Förderwegabschnitt 20 unter dem Mischkopf 10 festlegt, welcher wiederum in einen konturierten mittleren Förderwegabschnitt 22 übergeht Letzterer geht seinerseits in den einen wellenähnlich abfallenden Förderwegabschnitt 24 über, welcher durch einen Teil des oberen Trums eines endlosen Förderbands 26 gebildet wird. Ein aus einem endlosen Förderband oder einer Reihe von querverlautenden Lamellen bestehender Hauptförderer 28 ist so angeordnet, daß er ein praktisch waagerechtes Trum bildet, das vom unteren Ende des Förderwegabschnitts 24 abgeht und zu einem Austragförderer 30 verläuft An den Seiten des Förderwegabschnitts 24 und des Hauptförderers 28 sind lotrechte seitliche Förderbänder 34 angeordnet, die jeweils eine ununterbrochene Papierbahn oder eine ähnliche Materialbahn 38 tragen. Ein Tunnel 39 herkömmlicher Bauart umschließt den Blockbildungsabschnitt über den größten Teil der Zone hinweg, in welcher sich der Schaumstoffblock bildet.

Die verschiedenen, vorstehend beschriebenen Gießplatten- und Fördererabschnitte bilden einen Teil einer bewegbaren Gießform mit U-förmigem Querschnitt, in welcher der Schaumstoffblock gegossen und zur Entwicklung belassen wird. Die Seiten der U-förmigen Gießform werden am stromauftiitigen Ende der Vorrichtung durch zwei Seitenschienen 32 gebildet, welche den stromauf gelegenen Förderwegabschnitt 22 der Gießplatte 18 flankieren. Die Förderbänder 34 dienen dann als Fortsetzungen dieser Seitenschienen 32. Ober die Oberflächen der Gießplatte und des Hauptförd^rers 28 wird eine Matenalbahn 36 geführt. Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, werden die Ränder der das Bodenelement der Gießform bildenden Materialbahn 36 bei ihrem Abzug von einer Vorratsrolle auf die Gießplatte durch die Seitenschienen 32 nach oben umgefaltet, so daß sie im Bereich, in welchem das flüssige Gemisch durch den Mischkopf 10 aufgetragen wird, eine flache Mulde bildet. Diese hochgefalteten Ränder treffen im Bereich des Förderwegabschnitts 22 die seitlichen Mätefiälbähnen 38 und werden mit diesen in Flächenberührung gebracht, wobei Materialbahnen 36 anschließend als die laufenden Seitenwände der Schaumblock-Gießform dienen.

Das Produkt wird in ununterbrochener Form als im wesentlichen rechteckiger Block zum Austragförderer 30 überführt, und dieser Block wird sodann für die anschließende Verarbeitung zu den Endprodukten in Stücke der entsprechenden Länge geschnitten, Vor diesem Arbeitsgang können die MateriaJbahnen 36 und 38 vom Schaumstoffblock abgezogen werden,

Fig,4 zeigt eine grafische Darstellung des charakteristischen Anstiegsprofils eines ausgewählten Polyurethan-Schaumstoffgemisches in Abhängigkeit von der Zeit, wobei ein direkter Vergleich dieses Anstiegsprofils mit den schematisch unter der graphischen Darstellung veranschaulichten Längspositionen der Schaumstoffherstellungsstraße möglich ist Wie erwähnt, wird die Materialbahn 36 über die konturierte Oberfläche des Gießplattenabschnitts der Blockform gezogen, wobei das flüssige Kunstharzgemisch mittels des Ausgusses 16 auf diese Bahn aufgetragen wird. Dies entspricht dem Null-Zeitpunkt der Schaumstoff-AnstiegskurVe. An diesem Punkt liegt der Förderwegabschnitt 20 unter einem kleinen Neigungswinkel von normalerweise 2 bis 4° zur Waagerechten, wodurch ein Zurückfließen des sich bildenden Schaums entgegengesetzt zur Bewegungsriclriung des Förderbands begünstigt wird. Während das flüssige Gemisch zum Föiderwegabschnitt 22 mitgenommen wird, bewirkt die im Gemisch stattfindende Umsetzung einen Übergang von einer völüg flüssigen Phase in ein gemischtes Flüssig/Gas-System. Diese üblicherweise als »Cremelinie« bezeichnete Phaseuänderung ist ohne weiteres zu beobachten, obgleich es sich dabei eher um eine Zone als um eine scharf umrissene Trennlinie handelt Es ist wichtig, die Position dieser Schaumbildungslinie in Längsrichtung der Gießplatte zu stabilisieren, da anderenfalls eine Tendenz zur Bildung von Hohlräumen oder anderen Unregelmäßigkeiten im Volumen des endgültig gebildeten Schaumstoffs besteht. Je nach dem Verfahren des Auftrags und der Verteilung des flüssigen Gemisches bilden sich in der auf die Gießplatte aufgebrachten Flüssigkeitslache Wellen, die eine mangelhaft festgelegte Schaumbi'dungslinie hervorruft, was zu einer Rillenbildung oder zu selektiven Hinterschnitten führt, in denen nicht umgesetzte Flüssigkeit mit dem am Förderwegabschnitt 24 ankommenden Schaumstoff vermischt ist.

Zur Gewährleistung e^ner besseren Steuerung der Position und Form der/Schaumbildungslinie sind im Förderwegabschnitt 22 der Gießplatte Wehre vorgesehen, deren Kontur, 'Länge und Höhe von den Betriebsbedingungen, wie Durchsatz, Fördergeschwindigkeit, Gießplattenwinkel und spezieller Gemischzusammensetzung abhängen.

Beim Einsetzen /der Gasbildung, die durch das Auftreten der »Cremelinie« bzw. Schaumbildungslinie angezeigt wird, beginnt sich das Volumen des flüssigen Gemisches beträchtlich auszudehnen. Diese Ausdehnung ist durch die ansteigende Flanke im Profil der SehajiT.anstiegskurve dargestellt, und sie dauert an, bis das Gemisch genügend geliert oder polymerisiert ist, um zumindest selbsttragend zu sein. Dieser Anstieg kann, wie durch die ausgezogene Linie dargestellt, ziemlich konstant verlaufen, oder aber gekrümmt sein, wie dies durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Zur Ermöglichung dieser Volumenvergrößerung ist der Fördefwegäbschnitt 24 unter einem vergrößerten Winkel gegenüber der Waagerechten nach unten geneigt, wobei auch Vorkehrungen zur Änderung seiner Kontur getroffen sein können, so daß sich das Volumen des durch den '"nrderwegabschnitt 24 und die Seitenwände gebildeten Formraums unmittelbar proportional zum Anstieg des Schaumstoffvolumens bei dessen Bewegung durch diesen Abschnitt des Förderers

■ vergrößert. Die Oberfläche des Schaumstoffs wird daher von einem unmittelbar stromab des Wehrs gelegenen Einsetzpunkt B über die restliche Bewegungsstrecke des Schaumstoffs in praktisch waagerechter Lage gehalten. Auf diese Weise wird in der auf der Gießplatte befindlichen Lache des sich bildenden Schaums zwischen dem Punkt B und dem Beginn der Gelbildung ein hydrostatisch ausgeglichener Zustand aufrechterhalten, wobei der Schaumstoff einfach in dem ihm zur Verfügung gestellten Formraum liegt. Unter i/iesen Bedingungen braucht keine Strömung des sich entwickelnden Schaums vom einen Abschnitt oder Bereich des Schaumkörpers zu irgendeinem anderen Abschnitt oder Bereich stattzufinden, in welchem ein vorübergehender Materialmangel auftritt. Ein solcher Mangel wird üblicherweise durch das Anhaften des Schaumstoffs an den Materialbahnen 38 hervorgerufen, wenn die Neigung des Förderwegabschnitts 24 eine Formraumvolumenänderung bewirkt, welche nicht genau der im Schaumstoffkörper selbst an den entsprechenden Stellen längs des Förderers stattfindenden Volumenänderung entspricht. Dieser Fall kann unter allen Betriebsbedingungen und nicht nur unter einer speziellen Bedingung in einem System festgelegter Konstruktion eintreten.

Die genannte, bestimmte Bedingung wird dabei selbstverständlich durch alle in Frage kommenden Veränderlichen beeinflußt, einschließlich der Polymerzusammensetzung, der Temperaturen, der Durchsatzmengen am Mischkopf, der Förderergeschwindigkeit, der tatsächlichen Längen und Neigungswinkel des Förderwegabschnittes 24 sowie der Blockgröße.

Da jeder spezielle Satz von Betriebsbedingungen in dem sich bildenden Schaum in der Zeitspanne zwischen dem anfänglichen Auftragen und der endgültigen Gelbildung unterschiedliche Augenblicksbedingungen hervorruft, sind die Konfigurationen der Gießplatte und des Förderwegabschnitts 24 verstellbar, um diesen hydrostatisch ausgeglichenen Zustand zu erzielen.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist der Neigungswinkel im Anfangsabschnitt der Gießplatte am Auftragpunkt des flüssigen Gemisches mit Hilfe von Hubeinrichtungen 44, 46 einstellbar, die am hinteren und vorderen Ende einer Plattform 48 angebracht sind, an welcher der den Förderwegabschnitt 20 vorgebende, stromauf gelegene Teil und der den Förderwegabschnitt 22 vorgebende Teil der Gießplatte gehaltert sind. Dieser Neigungswinkel beträgt typischerweise etwa 2 bis 4° gegenüber der Waagerechten, doch kann er zwischen einer geringfügigen negativen Anstellung bis zu einem positiven Neigungswinkel von bis zu 7° variiert werden. Der Förderwegabschnitt 24 wird durch ein endloses Förderband gebildet, das über eine Reihe von Rollen 50, 52, 54 und 56 geführt ist Die Rolle 50 bringt das obere Ende des Förderwegabschnitts 24 unmittelbar an den Umknickpunkt entsprechend dem Punkt B (F i g. 4) am Ende des Förderwegabschnitts 22 heran, während die Rolle 52 das untere Ende des Förderwegabschnitts 24 festlegt. Ersichtlicherweise ist die Rolle 50 an der Plattform 48 gelagert, während die Rolle 52 am Rahmen des Hauptförderers 28 gelagert ist

Eine den Abstand zwischen den Rollen 50 und 52 überbrückende, teleskopartig ausziehbare Plattform 51 ist an ihren beiden Enden schwenkbar mit Rahmengliedern verbunden, so daß sie eine Auflage für das Förderband 26 bildet Der Neigungswinkel des Förderwegabschnitts 24 kann mithin durch Anheben oder Absenken der Plattform 48 geändert werden, während sich die Länge des Förderwegabschnitts 24 dadurch verändern läßt, daß der Hauptförderer 28 auf den Einlaufabschnitt der Vorrichtung hin oder von diesem weg verschoben wird. Aus diesem Grund läuft der Hauptförderer 28 auf Rollen 60, wobei eine Schraubspindel 62 zwischen den Fördererrahmen und den Sockel für die Plattform der Gießplatte eingefügt ist. Eine Rolle 56 bildet eine Speicherschleife des Förderbandes 26 und ermöglicht so eine Vergrößerung oder Verkürzung der Länge des Förderwegabschnitts 24, während eine Rolle 58 als Antriebsrolle dient, welche das Förderband 26 mittels eines Antriebs 59 in Bewegung setzt. Der Antrieb 59 treibt außerdem über ein Kettenrad 29 den Hauptförderer 28 an. wobei die Antriebsverbindung Wellen und ein Ausgleichgetriebe

61 zur Synchronisierung der Bewegung der unteren Materialbahn 36 mit der Bewegung der seitlichen Materialbahnen 38 bei Betätigung der Schraubspindel

62 aufweist. Wenn die Kontur des Förderwegabschnitts 24 ebenfalls verstellbar sein soil, besteht die Fiaiifonu 51 aus aneinander angelenkten Abschnitten, wobei ein druckmittelbetätigter Arbeitszylinder 53 zur Einstellung der Kontur benutzt wird.

Neben der in der Gießplattenanordnung stromab des Umknickpunkts B vorgesehenen Steuerung sind stromauf dieses Punkts die rückstauenden Wehreinrichtungen vorgesehen. Gemäß den Fig. 1 und 2 bestehen Wehre 40, 42 aus Leisten, die im Förderwegabschnitt 22 quer zur Förderrichtung angeordnet sind.

Diese Wehre sind in dem genannten Abschnitt der Gießplatte verstellbar montiert, so daß sie einzeln oder gemeinsam stromauf oder stromao, d. h. in Bewegungsrichtung rückwärts oder vorwärts verschoben und in den jeweils gewählten Stellungen befestigt werden können. Die Halterung dieser Wehre an der Gießplatte ermöglicht außerdem eine Änderung ihrer Höhenlage über der Gießplatte. Die Materialbahn 36 wird über diese Wehre gezogen, so daß sich voneinander entfernte Dämme bzw. Staulinien mit einer leichten Vertiefung zwischen diesen bilden.

Eine der Hauptschwierigkeiten für eine Bedienungsperson einer kontinuierlichen Schaumstoffblock-Herstellungsanlage besteht darin, die verschiedenen, im Spiele stehenden Veränderlichen so zu koordinieren, daß sin zufriedenstellendes Produkt erhalten wird. Änderungen in der chemischen Zusammensetzung des Gemisches, beispielsweise um Einschnitte bzw. Aufspaltungen im Block auszuschalten oder die Flachheit der Oberseite zu verbessern, können dazu führen, daß sich die natürliche Lage der Creme- bzw. Schaumbildungslinie so radikal verschiebt, daß sie über den Umknickpunkt B hinausgelangt In diesem Fall ist dann aui dem Förderwegabschnitt 24 flüssiges Gemisch mit einem gegenüber dem umgebenden, bereits weiter ausgereiften Gemisch verschiedenen Aushärtungsgrad vorhanden. Das dabei erhaltene Schaumstoffprodukt besitzt eine ungleichmäßige Dichte, während die Isotropie der Zellenstruktur ebenfalls verschlechtert wird. Diese Schwierigkeit der Aufrechterhaltung der Schaumbildungslinie in der richtigen Position kann durch die Anordnung von einem oder mehreren Wehren weitgehend, wenn nicht sogar vollständig überwunden werden.

Bei der oben beschriebenen Vorrichtung erfolgt eine weitgehende Ausschaltung aller auf den hochsteigenden Schaum selbst einwirkenden Störeinflüsse unter nahezu aussehiieBücher Ausnutzung der Schwerkraftwirkung. Dies geschieht durch Schaffung einer Gießform, die während des Betriebs der Vorrichtung an die Anstiegs-

eigenschaften des jeweils gewählten Polymergemisches angepaßt werden kann. Auf diese Weise kann eine die Vorrichtung bedienende Person schnell einen Ausgleichszustand zwischen der im Gemisch auftretenden Volumenzunahme und dem Volumen der Gießform an jedem vorgegebenen Querschnitt durch den sich bildenden Schaumstoffblock einstellen. Dies bedeutet, daß d/"- sich bildende Schaumstoffblock selbst keinerlei Arbeit durchzuführen braucht, d. h. weder nachgiebig gelagerte Platten, Schürzen, Förderer usw. zur Ermöglichung der Ausdehnung zu verlagern braur.ht, während

auch keine Abschnitte des Schauimtoffkörpers verlagert zu werden brauchen, um die in anderen Abschnitten verbliebenen Hohlräume auszufüllen, die sich wegen der Nichtübereinstimmung zwischen dem natürlichen, uneingeschränkten Schaumstoffvolumen und dem Volumen der Gießform in dem Augenblick einstellen, in welchem sich das betreffende Teilstück des Schaumstoffs im jeweiligen Formabschnitt befindet. Dies stellt den weiter oben schon erwähnten hydrostatisch ausgeglichenen Zustand dar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch;

Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von rechteckigen Querschnitt aufweisendem Schaumstoffmaterial gleichförmiger Dichte und isotroper Zellstruktur, mit einer Abgabestation für schäumfähiges Polyraermaterial, mit einem von der Abgabestation schräg nach unten verlaufenden ersten Förderer, welcher mittels mindestens einer längenverstellbaren Strebe im wesentlichen spiegelbildlich zu derjenigen Fläche einstellbar ist, welche man als freie Oberfläche beim Aufschäumen des schäumfähigen Materiales auf einer ebenen Unterlage erhalten würde, mit einer beim stromaufseitigen Ende des ersten Förderers angeordneten transversalen Wehranordnung, mit einem zweiten Förderer, welcher das Material nach dem Aufschäumen vom stromabseitigen Ende des ersten Förderers übernimmt und zum Aushärten in horizontaler Richtung fördert, und mit einem durchgehenden Tragband, über welches das Material auf dem ersten Förderer und dem zweiten Förderer ruht, wobei im Bereich des ersten und des zweiten Förderers in Förderrichtung mitbewegte Begrenzungen vorgesehen sind, welche das Material seitlich abstützen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabestation eine im wesentlichen horizontal verlaufende Abstüt^fläche (20) für das Tragband (36) aufweist, bei welcher das schäumfähige Material in flüssigem Zustand auf das Tragband aufgegeben wird; daß der erste Förderer (24) an seinem stromauf gelegenen Ende schwenkbar am Maschinenrahmen befestigt ist und bei einem von der Schwenkachse entfernten Punkt über die eine Strebe variabler Länge (Stellmotor 53) am Maschinenrahmen abgestützt ist und daß der zweite Förderer (28) in Förderrichtung verschiebbar angeordnet ist und über eine zweite einstellbare Strebe (Schraubspindel 62) am Maschinenrahmen abgestützt ist.