DE2943859A1

DE2943859A1 - Verfahren zum verdichten von offenzelligem polyurethan-schaumstoff

Info

Publication number: DE2943859A1
Application number: DE19792943859
Authority: DE
Inventors: Winslow Lockwood Pettingell
Original assignee: Foam Cutting Engineers Inc
Current assignee: Foam Cutting Engineers Inc
Priority date: 1979-05-31
Filing date: 1979-10-30
Publication date: 1980-12-04
Also published as: GB2050395A; CA1120223A; GB2050395B; DE2943859C2

Description

Zusatz zur DE-PS (Patentanmeldung P 29 o4 943.2

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten von Schaumstoff, insbesondere zum Verdichten einer Masse eines offenzelligen Polyurethan-Schaumstoffes, Polyäther oder

Polyester, nach DE-PS (Patentanmeldung

P 29 o4 943.2). Das Verfahren ist zwar für Material jeder Dicke brauchbar, doch ist es besonders günstig zum Behandeln von Material mit einer Dicke von mehreren Zentimetern.

Bisherige Verfahren zum Verdichten von Artikeln aus offenzelligem Schaumstoff beruhen auf der ausgedehnten Einwirkung von Wärme und beträchtlichen Kompressionskräften auf die Oberfläche des Artikels. Dies geschieht oft mit

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Hilfe großer geheizter Metallformen oder -platten, zwischen die der Schaumstoff gelegt wird. Die Wärme wird auf den Schaumstoff durch Wärme1. tung von den geheizten Platten ziemlich lange übertragen. Der niedrige K-Faktor von Luft und Polyurethan macht solche Erwärmungsverfahren sehr zeitraubend.

Ein im Handel erhältlicher Polyurethan-Schaumstoff muß eine Dichte und andere physikalische Eigenschaften haben, die durchgehend praktisch gleichmäßig sind. Dies kann man nur dadurch erreichen, daß man alle Teile einer solchen Schaumstoffmasse während der Behandlung auf einen bestimmten Temperaturbereich bringt, weil das Material in seinen Zustand vor der Behandlung zurückfällt, wenn die Behandlungstemperatur zu niedrig ist. und r.ies bedingt ein ungleichmäßiges Produkt, wenn eini Teile der Masse bei der Behandlung genügend heiß sind und andere nicht. Bisherige Verfahren ne-igen dazu, ein ur,glGichmäßiges Material zu erzeugen und sind schwer zu steuern wegen der oben erwähnten sehr niedrigen K-Faktoren.

In der US-PS 3 577 519 ist ein Verfahren zum Verdichten von Polyurethan-Schaumstoffbarren beschrieben, bei dem halbgehärteter Schaumstoff komprimiert wird, während er sich noch auf oder nahe an seiner exothermen Reaktionstemperatur befindet. Dieses Verfahren ergibt ungleichmäßige Temperaturen und bewirkt aufgrund der relativ raschen Abkühlung der Außenseite der Masse und der typischerweise großen Polyurethanbarren wenigstens teilweise eine unkontrollierbare Verdichtung. Dieses Problem wird dabei nur teilweise dadurch gelöst, daß eine geheizte Kompressionseinrichtung verwendet wird. Außerdem kann das Verfahren nicht benutzt werden, um voll ausgehärteten Schaumstoff zu verdichten.

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Das Erwärmen einer Schaumstoffmasse durch Wärmekonduktion gemäß den bekannten Verfahren ist ferner sehr unwirtschaftlich, weil große Wärmemengen erforderlich sind, um die sehr großvolumige Kompressionseinrichtung zu erhitzen und auf konstanter Temperatur zu halten, während sie über längere Zeit hinweg in Kontakt mit dem Schaumstoff ist. Ein weiterer Grund für die Ineffizienz bisheriger Kompressionsverfahren ist die Unfähigkeit dieser Methoden, kontinuierliche Betriebsbedingungen zu bieten. Es liegt dabei in der Natur der bisherigen Verfahren, daß ausschließlich ein sehr dünnes Material für die Verdichtung in einem kontinuierlichen System geeignet ist. Bisherige Verfahren arbeiten im allgemeinen auf intermittierender Basis, was auf fortlaufenden Schaumstoffstreifen zu ungewünschten Plattenmarkierungen führt. Ein weiterer Nachteil bisheriger Verdichtungsverfahren mitt "s Kompression in Anwendung auf gehärtetes Polyurethan oesteht darin, daß sehr hohe Kompressionskräfte erforderlich sind, bis die Masse die richtige Temperatur erreicht. Dies macht die Verwendung einer massiven Kompressionseinrichtung erforderlich, deren Kosten die bisherigen Kompressionsmethoden weiter benachteiligt.

In der US-PS 3 475 525 ist ein Verfahren zum Vernetzen eines offenzelligen Polyurethan-Schaumstoffs beschrieben, bei welchem ein Heißgasstrom durch den Schaumstoff geleitet wird, um den Schaumstoff zu erwärmen, so daß die Zellmembranwände schmelzen oder sich thermisch auflösen, ohne daß die die Zellwände stützenden Netzwerkstränge schmelzen. Die Gästemperatur muß über 250⁰C und im allgemeinen zwischen 400⁰C und 800⁰C liegen und die Dicke des Schaumstoffs muß weniger als 19 mm betragen, damit die Netzwerkstruktur nicht zerstört wird. Außerdem muß die Strömungsgeschwindigkeit des Gases durch den Schaumstoff höher als 1 m/sec sein.

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Es ist demzufolge Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Verdichten offenzelligen Schaumstoffes, insbesondere eines voll ausgehärteten offenzelligen Polyurethan-Schaumstoffes zu schaffen, mit welchem ein Endprodukt mit durchgehend gleichmäßiger Dichte herstellbar ist, wobei verhältnismäßig geringe Kompressionskräfte verwendet werden.

Erfindungsgemäß wird dies entsprechend den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren bewahrt die Zellintegrität, weil die Temperatur und die Geschwindigkeit relativ gering sind. Außerdem kann die Erfindung mit Erfolg auf Schaumstoff dicken mit einer Dicke von weit mehr als 19 mm angewendet werden, was die obere Grenze der bisher bekannten Verf ren darstellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ferner zum raschen Verdichten offenzelligen Polyurethan-Schaumstoffes sowohl auf fortlaufende Bahnen als auch auf gesonderte Tafeln anwendbar. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet mit einem zirkulierenden Heißluftstrom, um den Schaumstoff rasch auf den richtigen Temperaturbereich zu erwärmen, wobei Temperatur und Luftgeschwindigkeit so gesteuert werden, daß die Membran- und Skelettstruktur des Materials nicht zusammenbricht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Au&übungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Mitte einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

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Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 von Fig.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1o zum kontinuierlichen Komprimieren und Verdichten einer Masse 12 eines vollkommen ausgehärteten offenzelligen Polyurethan-Schaumstoffes. Die Vorrichtung 10 umfaßt ein nicht dargestelltes Fundament mit einem horizontalen Träger und einer nach oben ragenden Stütze, einen endlosen Förderer 14, eine Gasheiz- und -umwälzeinrichtung 16 sowie eine Kompressionseinrichtung 18, welche einen integralen Bestandteil der Heiz- und Umwälzeinrichtung 16 darstellt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Masse 12 eines offenzelligen Polyurethan-Schaumstoffes, welche vorzugsweise, wie in dem gezeigten Beispiel, eine fortlaufende Bahn 20 ist, aber auch die Form gesonderter Platten für eine schubweise Behandlung haben kann, verdichtet. Die Masse 12 kann eine beliebige Dicke, im allgemeinen jedoch zwischen 12 mm und 2o cm, besitzen und eine Dichte von

i i:

-3

nur etwa 0,014 g cm haben. Die Dichte der Masse 12 liegt im allgemeinen zwischen 0,02 und 0,032 σ cm

Der Förderer 14 besteht aus einem endlosen gromaschigen Band 22, das um eine Antriebsrolle 24 und zwei mitlaufende Rollen 26 geführt ist, die das Band 22 in Richtung des Pfeils 27 durch eine horizontale Arbeitsbahn 28 und eine Rücklaufbahn 30 bewegen. Ein Abschnitt 32 der horizontalen Arbeitsbahn 28 durchläuft eine Kammer 34 der Gasheiz- und -umwälzeinrichtung 16. Die Kammer 34 zerfällt in einen oberen Teil 36 und einen unteren Teil 38, der über bzw. unter der horizontalen Arbeitsbahn 28 liegt.

Gemäß Fig. 2 weist die Gsheiz- und -umwälzeinrichtung ein in sich geschlossenes Leitungssystem auf, welches beide Teile der Kammer 34 und ein Gehäuse 40 einschließt,

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das ein Gebläse 42 und einen Heizer 44 enthält. Der obere Teil 36 der Kammer 34 wird von dem Abschnitt 32 der horizontalen Arbeitsbahn 28, einem x.il einer oberen Wand 46, einer inneren Wand 48, einer äußeren Wand 50 und Teilen einer Stirnwand 52 und einer in Fig. 1 gezeigten Rückwand 54 begrenzt.

Das in sich geschlossene Leitungssystem hat einen haubenartigen oberen Teil, der den oberen Teil 36 der Kammer 34 und einen oberen Teil 56 des Gehäuses 40 umfaßt, sowie einen wannenartigen unteren Teil 37, der den unteren Teil 38 der Kammer 34 bildet und den Gaseinlaß für das Gebläse 42 darstellt. Der wannenartige untere Teil 37 wird von dem erwähnten Abschnitt 32 der horizontalen Bahn 28, ferner einer inneren Wand 58, einer äußeren Wand '5 0 und einer in Fig. 1 gezeigten bogenförmig verlauf den Seiten- und Bodenwand 62 begrenzt. Der untere Teil des Gehäuses 40 wird von einem Stück einer inneren Wand 66, einer äußeren Wand 68, einer Querwand 70, die sich zwischen den Wänden 66 und 68 erstreckt, und einer nicht gezeigten parallel zur Querwand 70 verlaufenden Querwand gebildet.

Das Gebläse 4 2 ist ein gebräuchlicher Typ und wird von einem Motor 64 getrieben. Im Betrieb wälzt das Gebläse 4 2 Gas in Richtung der Pfeile von Fig. 2 um. Der Heizer 44 ist oberhalb und damit stromabwärts vom Gebläse 4 2 angebracht und hat in dem gezeigten Beispiel eine Vielzahl elektrischer Heizelemente 72. Der obere Teil 56 des Gehäuses 40 wird von dem oberen Rand des Heizers 44, dem oberen Teil der inneren Wand 66, einer äußeren Wand 74, einem Teil der oberen Wand 46 und den sich in Querrichtung zwischen den Wänden 66 und 68 erstreckenden Teilen der Stirnwand 52 und Rückwand 54 begrenzt.

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Wie oben erwähnt, muß die Temperatur der

Schaumstoffmasse 12 gleichmäßig auf einen bestimmten V.'ert angehoben werden, um eine gleichförmige Verdichtung vornehmen zu können. Demzufolge ist es notwendig, daß die Geschwindigkeit der Gasströmung innerhalb der Kammer 34 möglichst gleichmäßig ist. Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Gasströmung innerhalb der Kammer zu erreichen, ist eine perforierte Platte 95 mit einer Mehrzahl von Durchbrechungen 75a verschiedener Größe innerhalb der Kammer 34 angeordnet, und zwar im wesentlichen senkrecht zu der Gasströmung, und zwar bei dem beschriebenen Beispiel im unteren Teil 38 der Kammer 34.

Bei Abwesenheit einer derartigen Gasverteilereinrichtung in Form der perforierten Platte 75 bestünde die Tendenz, daß das Gas im Bereich der Wandungen 50, 52, 54, d.h. relativ weit entfernt von dem Gebläse 42, eine niedrigere Geschwindigkeit hätte als im Bereich der Wandung 48 und im mittleren Bereich zwischen den Wandungen 52 und 54. Dieser Effekt würde insbesondere bei großen öfen stark ausgeprägt sein. Die perforierte Platte 75 ergibt einen veränderlichen Widerstand gegenüber der Gasströmung innerhalb der Kammer 34, wobei ein relativ hoher Widerstand in jenen Bereichen ausgeübt wird, in welchen die Gasgeschwindigkeit am größten ist, was durch relativ kleine Durchbrechungen erreicht werden kann, während größere Durchbrechungen an jenen Stellen vorgesehen sind, in welchen niedrigere Gasgeschwindigkeiten auftreten. Derartige perforierte Platten 75 sind hinreichend bekannt. Es sei jedoch noch bemerkt, daß selbst die kleinsten Durchbrechungen 75a groß genug sein müssen, um bei normalen Strömungsgeschwindigkeiten unterhalb von 30 cm pro Sekunde einen niedrigen Gesamtwiderstand zu ergeben.

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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, läuft die horizontale Bahn des Förderers 14 und die auf ihr mitgeführte Schaumstoffmasse 12 in die Kammer 34 durch einen langgestreckten Schlitz 76 ein, während gemäß Fic. 2 der Boden der horizontalen Bahn 28 im Kontakt mit zwei senkrechten abdichtenden Wänden 78 steht. Die vertikale Abmessung des Schlitzes 76 stimmt genau mit der vertikalen Abmessung der Kombination aus der horizontalen Bahn 28 und der Masse 12 überein, so daß eine Abdichtung rund um die Masse 12 und die Arbeitsbahn 28 erreicht ist. Ein oberer und ein unterer mit einem Rand versehener Flansch 80 bzw. 81 tragen dazu bei, den Austritt des zirkulierenden Gases zu reduzieren. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Abdichtung nur den größten Teil des zirkulierenden Gases festhalten soll und keine absolute Einsperrung vorsieht.

Die Kompressionseinrichtung 18 schließt an die Gasheiz- und -umwälzeinrichtung 16 an deren Hinterwand 54 an und umgibt einen Abschnitt 82 der Arbeitsbahn 28. Gemäß Fig. 1 weist die Kompressionseinrichting 18 ein Gehäuse 84 auf, welches aus einer Deckwand 86, einem Boden 88, einer oberen und unteren Rückwand 90 bzw. 92, einer mit der Wand 6 2 verbundenen hochstehenden Vorderwand 94, einer zwischen den Rückwänden 90 und 92 und der Wand 94 sich erstreckenden ersten Seitenwand 96 und einer gegenüber der Seitenwand 96 nicht dargestellten zweiten Seitenwand besteht. Das Gehäuse 84 steht durch eine Öffnung 97 der Wand 54 hindurch in Verbindung. Eine Ablenkplatte 98 erstreckt sich zwischen den Wänden 4 8 und 50 der Heizkammer 34 und hat den Zweck, das Heißgas in die öffnung 97 zu lenken.

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Das Gehäuse 84 enthält eine Kompressionsanordnung 99, welche in dem betreffenden Beispiel aus einem gegenüberliegenden Paar angetriebener Stahlwalzen 100 besteht. Eine geneigte Platte 101, welche die Masse 12 aufnimmt und unterstützt, erstreckt sich zwischen den Seitenwandungen der Kammer 84 und endet im Bereich der Oberfläche der unteren Walze 100 an einer Stelle, die derart gewählt ist, daß die Masse 12 im wesentlichen in der Mitte zwischen den beiden Walzen 100 zugeführt wird. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, daß die Druckkraft gleichmäßig auf beide Seiten der Masse 12 ausgeübt wird, urr. auf diese Weise Verzerrungen zu vermeiden.

Es können selbstverständlich auch andere Korr.pressionsorgane, wie etwa Platten, verwendet werden. Platten eignen sich dabei insbesondere für eine schubweise Kompression von Schaumstofftafeln.

Der Abschnitt 82 der Arbeitsbahn 28 läuft über eine Rolle 102, dann unter einer Rolle 104 hindurch durch, die unter den Walzen 100 angeordnet ist, und danach weiter über eine rolle 106 am stromabwärtigen Ende des Gehäuses 84 ; auf diese Weise wird die Arbeitsbahn 28 von der Polyurethan-Schaumstoff bahn 20 abgesondert, damit gleichzeitig auf beide Seiten der Schaumstoffbahn ein Druck ausgeübt werden kann.

Die Walzen 100 können mit einem haftungsmindernden Trennmittel überzogen sein, welches die Absonderung der Bahn 20 von den Walzen 100 nach der Kompression des Schaumstoffes erleichtert. Die Walzen 100 müssen auf oder wenigstens sehr nahe an der Temperatur des zirkulierenden Gases und der Schaumstoffbahn gehalten werden,

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damit ein vorzeitiges Abkühlen der Oberfläche der Schaumstoff bahn 2 0 verhindert v.-ird, was zu einer unaleichmäßigen Verdichtung führen ,-.'urde. Die Ablenkung des Heißgases aus der Kammer 34 in das Gehäuse 84 mittels der Ablenkplatte 98 und geeignete Heizeinrichtungen, welche beispielsweise ein Paar starker Glühlampen 107 sein können, die an den Wänden 90, 92 befestigt und auf die beiden Walzen 100 fokusiert sind, tragen dazu bei, daß die Temperatur der Walzen 100 und der Schaumstoffbahn 20 auf einer genügend gleichmäßigen Höhe gehalten werden, was im Hinblick auf eine gleichmäßige Verdichtung notwendig erscheint.

Die Schaumstoffbahn 20 und die Arbeitsbahn 28 des Förderers verlassen das Gehäuse 84 durch eine niedrige, langgestreckte Öffnung 108 zwischen den Wänden 90 und 92 und gelangen vorzugsweise in eine Zone mit Umgebungstemperatur. Die λτ-ertikale Abmessung der öffnung 108 ist zwar nicht so klein, daß eine absolute Abdichtung um die Bahn 20 und die Arbeitsbahn 28 zustandekommt, aber doch ausreichend klein, um den Austritt einer größeren Heißgasmenge zu verhindern. Der Schlitz 76 und die flache Öffnung 108 gestatten ein Entweichen von Heißgas aus dem System in mäßigem Umfang und den Eintritt von Frischluft zur Ergänzung.

Im Betrieb wird die Masse 12 auf den Förderer 14 aufgebracht und in die Kammer 34 mitgenommen, wo sie mit dem zirkulierenden Heißgas in Kontakt kommt. Das Gas ist im allgemeinen, wie auch bei dem gezeigten Beispiel, Luft, kann aber auch ein anderes Gas oder in gewissen Fällen ein Gasgemisch sein. Das zirkulierende Gas muß gegenüber Polyurethan chemisch inert sein und auch sonst keine Tendenz haben, dem Schaumstoff unerwünschte Eigenschaften zu geben.

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Die zirkulierende Luft wird mit Hilfe des Heizers 44 auf eine Temperatur zwischen etwa 218 ⁰C und 238°C erwärmt und in die Kammer 34 geleitet, wo sie durch die Saugkraft des Gebläses 42, das in dem unteren Teil 38 der Kammer 34 einen niedrigeren Druck als im oberen Teil 36 erzeugt, durch die Masse 12 und die Arbeitsbahn 28 hindurch nach unten gesaugt wird.

Die offenzellige Struktur des Schaumstoffs erlaubt der Heißluft, mit der gesamten inneren Zellstruktur des Schaumstoffs in innigen Kontakt zu kommen, wodurch die Masse 12 rasch auf eine Temperatur erhitzt wird, die über den gesamten Querschnitt hinweg praktisch gleichmäßig ist und gleich oder wenigstens nahezu gleich der Temperatur der zirkulierenden Luft ist, das ist in etwa zwischen den Werten von 185⁰C und 224⁰C. Da die Gasgeschwindigkeiten unterhalb von 30 cm/sek liegen, ergibt sich in allgemeinen eine gleichförmige Aufheizung der Masse 12 auf den gewünschten Temperaturwert innerhalb eines Zeitraumes von 10 - 15 Sekunden. Es ist wichtig, daß die Masse 12 nicht eine Temperatur über etwa 245⁰C annimmt, weil bei dieser Temperatur ein unerwünschtes Verschmoren des Polyurethan beginnt.

Nachdem die Temperatur der Masse 12 auf zwischen 185°C und 224°C angestiegen ist, verläßt die Masse 12 die Kammer 34 und gelangt durch die Öffnung 9 7 in das Gehäuse 84, wo sie zwischen die stählernen Walzen 100 geleitet wird, nachdem sie von der Arbeitsbahn 28 des Förderers getrennt worden ist.

Der innere Widerstand der Masse 12 gegen eine Kompression ist stark reduziert, wenn die Temperatur der Masse zwischen etwa 185°C und 224⁰C liegt. In diesem Temperaturbereich

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nähert sich der Zustand der Masse demjenigen ihrer exothermen Reaktionsstufe, während welcher die Masse einen niedrigen Widerstand gegen Kompression und eine geringe Elastizität hat. Folglich kann durch die Aufwendung einer verhältnismäßig kleinen Kompressionskraft während einer vergleichsweise kurzen Zeit gegenüber den bei bisherigen Kompressionsverfahren notwendigen Zeitspannen eine bleibend verdichtete Bahn 20a erzeugt werden. Der Druck kann weniger als 10% des für bisherige Verfahren erforderlichen betragen und nach einer kurzen Kompressionsdauer kann die Kompressionskraft plötzlich weggenommen werden, ohne daß eine nachfolgende Expansion zu befürchten ist.

Eine Abkühlung eier Masse unter 185°C unmittelbar nach der Kompression gewährleistet die Dauerhaftigkeit der Verdichtung. Wegen der niedrigen spezifischen Wärme und der auch nach der Verdichtung noch verhältnismäßig geringen Dichte der Masse geht dabei die Abkühlung sehr rasch vor sich. Dies erlaubt höhere Produktionsgeschwindigkeiten als bisher mit älteren Verdichtungsverfahren erzielt wurden. Außerdem entfällt die Notwendigkeit schwerer Formen oder Platten, wodurch sich die Kapitalkosten erniedrigen. Der vertikale Abstand der Walzen voneinander ist einstellbar, wodurch je nach Wunsch unterschiedliche Dicken des Endproduktes möglich sind und damit auch unterschiedliche endgültige Dichten der verdichteten Bahn 20a. Die endgültige Dichte der Bahn 20a kann bis zu etwa 0,48 g cm betragen.

Als Kompressicnsanordnung 99 können anstelle von Quetschwalzen auch zwei bewegliche Platten oder eine bewegliche Platte und eine stationäre Auflagefläche verwendet werden.

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In diesem Fall wird eine erste Platte über der Masse 12 mit ihrer horizontalen Oberfläche praktisch parallel zur Oberseite der Masse angebracht, während eine zweite Platte (oder stationäre Auflagefläche) unter der Masse mit ihrer Oberfläche praktisch parallel zur Oberfläche der ersten Platte angeordnet wird. Die obere Platte oder beide Platten werden vertikal einander genähert, so daß sie auf die Oberseite und die Unterseite der Masse Kompressionskräfte ausüben.

Es ist zu beachten, daß einige Aspekte im Betrieb unterschiedlich sind, wenn Platten anstelle von Quetschwalzen als Kompressionselemente verwendet werden. Ein Betrieb mit Platten muß notwendigerweise diskontinuierlich sein, weil die Bewegung des Förderers angehalten werden muß, wenn die Platten ihre Schließstellung über der Masse 12 einnehmen. Daher sind Platten besonders für die Kompression einzelner Schaumstofftafein anstelle fortlaufender Bahnen geeignet; doch können Platten auch dazu verwendet werden, nacheinander Abschnitte einer Bahn zu verdichten und so schließlich die ganze Bahn zu verdichten.

Die Oberflächen der Kompressionsorgane 99 können, je nach dem gewünschten Aussehen der Oberfläche des Endproduktes, glatt oder geprägt sein. Nach der Kompression verlassen die verdichtete Schaumstoffbahn 20a und die Arbeitsbahn 28 des Förderers das Gehäuse 84 durch die Öffnung 108; nachdem die Bahn 20a abgekühlt ist, kann sie weiter geschnitten und geformt werden.

Wegen der niedrigen spezifischen Wärme und der geringen Dichte der Polyurethanmasse 12 verläuft der Abkühlungsvorgang außerordentlich rasch. Weitere Bearbeitungen

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können somit fast unmittelbar darauf, nachdem die Bahn das Gehäuse 84 verlassen hat, vorgenommen werden.

Die folgenden Beispiele dienen dazu, die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher zu erläutern.

Eine Serie von Versuchen zur Schaumstoffverdichtung wurden mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 durchgeführt. Die Walzen bestanden aus Stahl und hatten einen Durchmesser von etwa 20 cm, wobei der Abstand zwischen den Walzen in den verschiedenen Versuchen zwischen 3,6 und 3,2 mm lag. Die Walzen wurden mit Hilfe von zwei Infrarotquarzlampen von je 4 00 Watt erwärmt, die auf gemäß Fig. 1 auf die Oberflächen der Walzen ausgerichtet waren.

Bei dem Förderband 22 handelte es sich um ein Stahlgitter mit einem Durchbrechungsfaktor von 93%, welches über eine Kette von einem 0,25-PS-Gleichstrommotor mit angesetztem Getriebe angetrieben wurde. Der Antrieb der Walzen 100 erfolgte mit Hilfe desselben Motors, wobei die Verbindung mit dem endlosen Förderband über eine Getriebeanordnung derart getroffen war, daß unabhängig eine Veränderung der Geschwindigkeit der Walzen 100 und des Förderbandes 9 3 vorgenommen werden konnte, wobei die maximale Bandgeschwindigkeit oberhalb von 3,2 m/min lag.

Die Lufttemperatur konnte mit Hilfe einer mit Heizwiderständen versehenen Heizeinrichtung 72 durch Beeinflussung der Speisespannung mit Hilfe von veränderlichen Widerständen gesteuert werden.

Das Gebläse 42 hatte eine Kapazität von 4,5 cm /sek.

2 Der Querschnitt der Kammer 34 betrug etwa 0,2 m , wodurch

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sich eine maximale Strömungsgeschwindigkeit von etwa 40 cm/sek erreichen ließen. Die Länge der Heizkammer 34 zwischen den Wandungen 52 und 54 betrug etwa 50 cm. Aufgrund des Strömungswiderstandes durch die Schaumstoffmasse 12 verringerte sich die Strömungsgeschwindigkeit der Luft, wobei angenommen wird, daß dieselbe im Bereich zwischen 15 und 18 cm/sek lag.

Es konnte festgestellt werden, daß das Förderband und die Walzen sehr leicht zum Blockieren gebracht werden konnten, indem ein 35 cm breiter, 1,8 cm dicker Streifen von nicht erwärmtem Polyurethanschaum mit einer nominalen Dichte von 0,03 g/cm und einer ILD-(indentation load deflection)-Charakteristik von 36 mit einer Geschwindigkeit von etwa 250 cm/min den Walzen zugeführt wurde. Der sich ergebende Widerstand war jedoch vernachlässigbar,wenn ein identischer Streifen mit einer Temperatur zwischen 185 und 224°C zugeführt wurde.

Die Resultate der Versuche sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt:

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	Versuch Materinl- Nr. bezeich- nung	4530(1 )	Zuführ dicke cm	Tabelle 1	Temp.d. zugef. 'Luft ⁰C (3)	Temp. d. Masse ⁰C (4)	Temp.d. Walzen ⁰C	Dehnung	Dicke nach Kompres sion mm	Produkt qualität
	1	4530	2,5	Förderge schwindig keit cm/min	235	193	216	7	3,5	gut
	2	4530	2,5	250	232	202	216	8	3,5	mittel
	3	4530	2,5	250	235	185	213	7	3,5	mittel
	4	4530	2,5	256	218	190	207(5)	--		schlecht
	5	Ester (2)	2,5	320	238	207	221(5)	5	3,5	gut
	6	4530	1,3	290	232	221	210	4	3,5	gut
O CaJ	7	2555 (1)	2,5	256	221	204	227	4,5	3,3	ausgezeichnet
O	8	2555	2,8	216	232	190	204	--		schlecht
CJ	9	4536 (1)	2,8	216	238	224	238	--	3,2	ausgezeichnet
CD	10		3,1	250	238	204	238		3,2	ausgezeichnet
O C7>				250
U) cn	(D	biegsamer Schaum- 4 530 stoff 4536 (Chattanooga, 2555 Tennessee)		^ 30 ILD ^ 36 ILD ^J 55 ILD	Äther Äther Äther		(3) Gemessen in bar oberhalb (4) Gemessen am I	Kammer 36 der Masse (animerausq;	unmittel- ing 97 in
	0,03 g/cm 0,03 g/cm 0,03 g/cm

(2) Crest Schaumstoff (Moonachie, New Jersey)

0,03 g/cm Holzkohlen-Ester

Luft unterhalb des Förderers

(5) Erwärmungslampen für Walzen N^ nicht verwendet *■&

Alle Dichteangaben des Schaumstoffes innerhalb der Tabelle I sind Nominalwerte, wobei die Abwesenheit eines Dickevertes anzeigt, daß keine Messung durchgeführt worden ist.

Die erforderliche Zeit, um die zirkulierende Luft und die Walzen auf den gewünschten Temperaturwert zu bringen, betrug ungefähr 30 Minuten, was im Gegensatz zu der erforderlichen Aufwärmzeit von 4 Stunden und mehr steht, wie bei den bisher bekannten Vorrichtungen mit Platten notwendig war.

Es ist festgestellt worden, 'laß, wenn die Temperatur der Walzen verringert wurde, die Oberfläche des verdichteten Schaumstoffes ungleichmäßig war und keine volle Verdichtung stattfand, wodurch gezeigt wird, daß - falls gewünscht - Schaumstoffe mit nicht gleichförmiger Dichte hergestellt werden können.

Der Zeitraum, innerhalb welchem der Schaumstoff der erhitzten Luft ausgesetzt wurde, lag innerhalb der Werte von 10 bis 15 Sekunden, wobei im ersteren Fall eine Förderbandgeschwindigkeit von 3,2 m/min und im letzteren Fall eine Förderbandgeschwindigkeit von 2,1 m/min verwendet wurde. Es wird die Auffassung vertreten, daß Bearbeitungszeiträume von länger als 15 Sekunden keine verbesserten Resultate liefern, es sei denn, daß der Ausgangsschaumstoff eine Dicke von mehr als 20 cm besitzt.

Es ergibt sich, daß die erforderliche Kontaktzeit zwischen Gas und Schaumstoff eine Funktion der Schaumstoffdicke und der Gastemperatur ist, wobei längere Kontaktzeiten bei sehr dicken Schaumstoffen - beispielsweise von mehr als 20 cm - und in Fällen, in welchen das Gas nur auf

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relativ niedrige Temperaturen erhitzt ist, notwendig sind. Es wird jedoch die Auffassung vertreten, daß bei ausreichender Erhitzung Kontaktzeiten grc als 15 Sekunden nur selten, wenn überhaupt, erforderlich sind.

Der Elektromotor von 0,25 PS war mehr als ausreichend, um die Vorrichtung anzutreiben, wenn der Schaumstoff vor und während des Zuführens zu den Walzen erhitzt war, was zu der Annahme verleitet, daß die erforderlichen Drücke im Vergleich zu den bisher bekannten Vorrichtungen vernachlässigbar sind. Es wird die Auffassung vertreten, daß die erforderliche Leistung mit zunehmendem Walzendurchmesser zunimmt, was bei größeren Dicken der Masse 12 erforderlich ist. Es wird fernerhin angenommen, daß die erforderliche Leistung mit zunehmendem Maße einer Verdichtung einer vorgegebenen Dicke von Schaumstoff ebenfalls zunimmt.

Es sei festgestellt, daß, falls gewünscht, der Schaumstoff in die Länge gezogen werden kann, indem die Geschwindigkeit der Walzen in bezug auf das Förderband erhöht wird.

Es sei verstanden,daß die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf jene Schaumstoffe begrenzt ist, welche eine offenzellige Struktur besitzen, weil eine Penetration des Schaumstoffes mit Hilfe strömender heißer Gase notwendig ist. Es sei dabei festgestellt, daß entweder offenzellige Polyester oder Polyätherürethane mit gleich guten Resultaten verdichtet werden können. Es ist fernerhin angenommen, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei Schaumstoffen auch aus anderen synthetischen Harzen als Polyurethan in vorteilhafter Weise verwendet werden kann.

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Anhand der obigen Beschreibung und der Versuchsresultate ergibt sich, daß die vorliegende Erfindung ein Schaumverdichtungsverfahren schafft, bei welchem Kapital- und Betriebskosten in sehr starkem Maße durch die Abwesenheit der massiven Drücte und Erhitzungsvorrichtungen verringert werden kann.

Es wird die Auffassung vertreten, daß die im Rahmen der vorliegenden Erfindung erforderliche Zeit zur Durchführung der Schaumstoffverdichtung nur etwa 10% der erforderlichen Zeit bei den bisher bekannten Verfahren beträgt, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu erheblichen Produktionssteigerungen führt. Der relativ kurze Zeitraum für die Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie für deren Umstellung trägt ebenfalls zur Erzielung erhöhter Produktionsmengen bei.

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Claims

Verfahren zum Verdichten von offenzelligem Polyurethan-Schaumstoff Zusatz zur DE-PS (Patentanmeldung P 29 o4 943.2) Patentansprüche

1. Verfahren zum Verdichten einer Masse eines voll ausgehärteten offenzelligen Polyurethan-Schaumstoffes, nach Patent (Patentanmeldung 29 o4 943.2), dadurch gekennzeichnet , daß ein heißes, gegenüber Polyurethanschaum inertes Gas mit einer Temperatur im Bereich von etwa 218°C bis 2 38^CC und einer die Integrität der Zellwände der Masse nicht zerstörenden Geschwindigkeit durch die Masse hindurchgeleitet wird, wobei die Zeitspanne der Einwirkung des Gases

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ORIGINAL INSPECTED

auf die Masse so gewählt ist, daß keine Verkohlung der Masse eintritt, die Masse jedoch gleichmäßig auf eine Temperatur zwischen etwa 185 und 214 t erwärmt wird, daß anschließend die auf eine Temperatur zwischen 185°C und 214°C befindliche Masse im Hinblick auf eine Verringerung der Dicke und eine Einstellung der gewünschten Dichte komprimiert wird, und daß im Anschluß daran die Masse zum Abkühlen gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das verwendete Gas Luft ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Gas von oben nach unten durch die Masse geleitet wird.

4. V ,fahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Masse während eines Zeitraumes von nicht mehr als einer Minute im Temperaturbereich von 185 bis 214°C gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Masse unmittelbar nach ihrer Kompression in eine Zone mit Umgebungstemperatur gebracht wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Masse kontinuierlich in Längsrichtung bewegt und zwischen Walzen komprimiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Masse in Längsrichtung aus den Walzen heraus in eine Zone mit Umgebungstemperatur bewegt wird.

030049/0635

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Masse diskontinuierlich bewegt und zwischen zwei ebenen parallelen Flächen komprimiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch δ, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine der ebenen parallelen Flächen eine bewegliche Platte ist.

030049/0 635