DE4005180A1 - Vorrichtung zum brechen der zellenwaende in schaumstofferzeugnissen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Brechen der Zellen­ wände in Schaumstoff-Erzeugnissen aus Urethan-Schaum o.dgl., um die geschlossenen Schaumstoffzellen in offene umzuwandeln, ins­ besondere bei Schaumstoff-Erzeugnissen aus Metallen, Kunsthar­ zen o.dgl., in die Verstärkungsteile zwei- oder dreidimensiona­ ler Gestalt eingebettet sind, unter Vermeidung von Beschädigun­ gen, Verformung o.dgl. an den Verstärkungsteilen, wodurch die Elastizität der Schaumstoff-Erzeugnisse in hohem Maße verbes­ sert wird.

Es sind verschiedene Verfahren zum Brechen der Zellenwände in Schaumstoff-Erzeugnissen bekannt. Beispielsweise werden Schaum­ stoff-Erzeugnisse zwischen zwei gegensinnig drehangetriebenen Walzen hindurchgeleitet, um ihre Zellenwände zu brechen. Bei einem anderen Verfahren werden Schaumstoff-Erzeugnisse in einer Unterdruckkammer angeordnet und dort einem Unterdruck in der Größenordnung von 400 bis 700 mm QS ausgesetzt, um die Zellen­ wände von dem an ihnen herrschenden Druckunterschied brechen zu lassen. Bei einem noch anderen Verfahren wird z.B. mittels ei­ ner Druckluftpistole Druckluft in Schaumstoff-Erzeugnisse ein­ geleitet, um die Zellenwände zu brechen.

Bei dem mit den zwei gegensinnig drehenden Walzen arbeitenden Verfahren besteht jedoch die Gefahr, daß evtl. in die Erzeug­ nisse eingebettete Verstärkungsteile beim Durchlauf durch die Walzen beschädigt oder verformt werden. Außerdem besteht in diesem Falle die Schwierigkeit, das Reißen der Schaumstoff-Er­ zeugnisse durch in sie eingebettete dreidimensionale Verstär­ kungsteile zu vermeiden. Bei dem mit einem Unterdruck von 400 bis 700 mm QS in einer Unterdruckkammer arbeitenden Verfahren ist das Verhältnis der gebrochenen Zellenwände zu den ungebro­ chenen Wänden klein, so daß die Elastizität der Schaumstoff-Er­ zeugnisse keine ausreichende Verbesserung erfährt. Bei dem an dritter Stelle genannten, mit einer Druckluftpistole arbeiten­ den Verfahren können Zellenwände in den Schaumstoff-Erzeugnis­ sen nur lokal gebrochen werden, so daß bei großen Schaumstoff- Erzeugnissen ein größerer Zeitaufwand erforderlich ist. Ferner ist es sehr schwierig, alle Zellenwände gleichmäßig oder voll­ zählig zu brechen. Ein noch größerer Nachteil dabei ist die Ge­ fahr, daß die Schaumstoff-Erzeugnisse an den Stellen, an denen die Druckluft in sie eingeleitet wird, reißen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Brechen der Zellenwände in Schaumstoff-Erzeugnissen dahingehend zu verbessern, daß die vorstehend genannten Nachteile des Stan­ des der Technik vermieden werden. Die Vorrichtung soll ferner in der Lage sein, die Zellenwände von Schaumstoff-Erzeugnissen im gesamten Erzeugnis ausreichend gleichmäßig, bei Erzielung eines großen Verhältnisses zwischen gebrochenen und ungebroche­ nen Zellenwänden, bei hohem Wirkungsgrad sowie ohne Bruch und Verformung der Schaumstoff-Erzeugnisse und ihrer Verstärkungs­ teile zu brechen.

Diese Aufgabe ist mit einer Vorrichtung gelöst, die erfindungs­ gemäß eine Transporteinrichtung zum Transportieren der Schaum­ stoff-Erzeugnisse durch die Vorrichtung hindurch umfaßt, einen über der Transporteinrichtung angeordneten Vorrichtungsrahmen, der gegenüber der Transporteinrichtung mittels einer Umkehrein­ richtung höhenverstellbar ist, eine Vielzahl von am Vorrich­ tungsrahmen angeordneten, in bezug auf ihn nach oben vorge­ spannten Preßwerkzeugen, Nocken zum Antreiben der Abwärtsbewe­ gung der zugehörigen Preßwerkzeuge, und einen Drehantrieb für die gegenseitig synchrone Drehbewegung der Nocken.

Beim Brechen von Zellenwänden in einem Schaumstoff-Erzeugnis mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird die Transportein­ richtung ausgeschaltet, sobald das Schaumstoff-Erzeugnis eine vorbestimmte Position in der Vorrichtung erreicht hat; sodann wird der Vorrichtungsrahmen durch Betätigen der Umkehreinrich­ tung abgesenkt, um die Preßwerkzeuge nach unten in zweckdienli­ che Stellungen entsprechend der Dicke des Schaumstoff-Erzeug­ nisses zu fahren. Danach wird der Drehantrieb eingeschaltet, um die entsprechenden Nocken drehanzutreiben und dadurch die Preß­ werkzeuge abwechselnd nach unten und nach oben zu bewegen. Die Abwärtsbewegung der Preßwerkzeuge wird durch die Nocken hervor­ gerufen, wogegen die Aufwärtsbewegung z.B. durch Schraubenfe­ dern erzeugt wird.

Auf diese Weise wird das Schaumstoff-Erzeugnis in einem vorbe­ stimmten Ablauf auf im voraus festgelegte Dicken von Preßstüc­ ken zusammengepreßt, die vorzugsweise mit halbkugeliger Gestalt an den unteren Enden der Preßwerkzeuge angeordnet sind. Dieses Pressen wird mehrmals, z.B. 5 bis 15 Mal, wiederholt, derart, daß alle Zellenwände an den bearbeiteten Abschnitten des Schaumstoff-Erzeugnisses vollständig gebrochen werden.

Nach Beendigung des Zellenwandbrechens an einer bestimmten Stelle wird der Drehantrieb abgeschaltet und danach der Vor­ richtungsrahmen hochgefahren. Sodann schaltet die Transportein­ richtung um einen vorbestimmten Weg weiter, und die vorstehend beschriebene Arbeitsfolge wiederholt sich. Diese Arbeitsgänge werden über der gesamten Länge oder Breite des Schaumstoff-Er­ zeugnisses ausgeführt.

Das Schaumstoff-Erzeugnis wird also von der Vielzahl der Preß­ werkzeuge je getrennt in einem vorbestimmten Ablauf gepreßt. Falls die Preßwerkzeuge einen Abschnitt des Schaumstoff-Erzeug­ nisses bearbeiten, in den ein Verstärkungsteil eingebettet ist, können sich die übrigen Abschnitte des Verstärkungsteils innerhalb des Schaumstoff-Erzeugnisses relativ frei bewegen, ohne daran von den übrigen Preßwerkzeugen gehindert zu werden. Diese freie Beweglichkeit der Verstärkungsteile kann letztere daher wirkungsvoll vor Verformung und Beschädigung schützen und ebenso Reißen des Schaumstoff-Erzeugnisses selbst verhindern.

Diese Wirkung ist stärker, wenn die Preßwerkzeuge so ausgebil­ det sind, daß sie auf den Schaumstoffkörper keine größeren Kräfte als im voraus festgelegt ausüben.

Gemäß der Erfindung kann das Verhältnis der gebrochenen zu den nicht gebrochenen Zellenwänden des gepreßten Schaumstoff-Er­ zeugnisses in hohem Maße dadurch verbessert werden, daß das Schaumstoff-Erzeugnis mittels der zugehörigen Preßwerkzeuge mit einem im voraus festgelegten Kompressionsverhältnis mechanisch gepreßt wird. Durch wiederholtes Ausüben der Pressung auf das gesamte Schaumstoff-Erzeugnis können daher alle Zellenwände desselben gleichmäßig oder vollzählig, bei geringerem Zeitauf­ wand gebrochen werden, ohne daß es zum Reißen des Erzeugnisses kommt, um dessen Elastizität zu vergrößern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht mit einem Teilschnitt durch eine Ausführungsform der Vorrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht mit der Darstellung einer beispielhaf­ ten Anordnung von Preßwerkzeugen,

Fig. 3 eine Draufsicht mit der Darstellung einer beispielhaf­ ten Anordnung von Nocken,

Fig. 4 eine Draufsicht mit der Darstellung einer Ausführungs­ form eines Drehantriebs für die Nocken, und

Fig. 5 ein Diagramm der erfindungsgemäß verbesserten Fähig­ keit zur Schwingungsübertragung.

Gemäß Fig. 1 ist die Vorrichtung in einem in Vorder- und Sei­ tenansicht portalartigen festen Rahmen 1 angeordnet. Im unteren Teil des Rahmens 1 ist als Beispiel einer Transporteinrichtung ein Plattenförderband 3 zum Transportieren von Schaumstoff-Er­ zeugnissen durch den Rahmen 1 hindurch angeordnet.

Im Rahmen 1 ist über dem Plattenförderband 3 ein Vorrichtungs­ rahmen 4 vorgesehen, der mit einer Umkehreinrichtung verbunden ist, welche beim gezeigten Beispiel von zwei von Zwischenträ­ gern 5 des Rahmens 1 aufragenden Druckluftzylindern 6 gebildet ist. Bei synchronem Betätigen der Druckluftzylinder 6 wird der Vorrichtungsrahmen 4 an vier Führungsholmen 7 ruckfrei höhen­ verstellt.

Gemäß der rechten Zeichnungshälfte von Fig. 1 sind im unteren Teil des Vorrichtungsrahmens 4 mehrere Preßwerkzeuge 10 ange­ ordnet, von denen jedes eine Stange 8 und am unteren Ende der­ selben ein vorzugsweise halbkugeliges Preßstück 9 aufweist. Die Preßwerkzeuge 10 sind beispielsweise in vier Reihen angeordnet, die, entsprechend Fig. 2 von links ausgehend, drei, vier, drei und vier Preßwerkzeuge 10 aufweisen, welche reihenweise gegen­ einander versetzt angeordnet sind.

Die Stange 8 jedes der so angeordneten Preßwerkzeuge 10 dringt in ein zylindrisches Bauteil 11 ein, das vom Vorrichtungsrahmen 4 aufragt. Zwischen dem Mittelabschnitt der Stange 8 und der Innenseite des unteren Endes vom Bauteil 11 ist eine Schrauben­ feder 13 so angeordnet, daß jedes Preßwerkzeug 10 in bezug auf den Vorrichtungsrahmen 4 nach oben vorgespannt ist.

Beim gezeigten Beispiel beträgt im Hinblick auf die Flächen­ druckverteilung die auf eine waagerechte Ebene projizierte Flä­ che des Preßstücks 9 vom Preßwerkzeug 10 vorzugsweise 10 bis 80 cm². Ein zweckdienlicher Krümmungsradius des halbkugeligen Preßstücks 9 beträgt vorzugsweise zwischen 5 und 50 mm. Ferner ist die Anzahl Preßwerkzeuge beispielsweise 5 bis 20, wobei die Preßwerkzeuge 10 mit dem bei Vermeidung gegenseitiger Störung kleinstmöglichen Zwischenabstand angeordnet sind.

Beim gezeigten Beispiel sind gemäß Fig. 3 unmittelbar über den Reihen von Preßwerkzeugen 10 in einer waagerechten Ebene vier Wellen 14 parallel zueinander drehbar gelagert. Die Wellen 14 tragen an einem Ende Stirnzahnräder 15, die zur antriebsmäßigen Kupplung der Wellen 14 in Reihe miteinander in Zahneingriff sind. Eine der Wellen 14 trägt am anderen Ende ein mit ihr drehfest verbundenes Kettenzahnrad 16 als Antriebsglied. An den Preßwerkzeugen 10 entsprechenden Stellen sind auf den Wellen 14 ferner Nocken 17 mit entsprechenden Phasendifferenzen angeord­ net.

Bei dieser Anordnung liegen die Nocken 17 an oberen Abschnitten der zugehörigen Preßwerkzeuge 10 an und bewegen diese gegen Kräfte der Schraubenfedern 13 nach unten. Beim gezeigten Bei­ spiel haben die Nocken 17 die Gestalt von kreisrunden Scheiben. Ausgehend vom oberen Zeichnungsrand der Fig. 3 sind die Nocken 17 auf der äußeren linken Welle 14 nach links, rechts und oben exzentrisch, die Nocken 17 auf der zweiten Welle 14 nach links, rechts und unten, die Nocken 17 auf der dritten Welle 14 nach unten, rechts und oben, und die Nocken 17 auf der äußeren rech­ ten Welle 14 nach links, oben und rechts. Auf diese Weise er­ gibt sich der Vorteil, daß die Phasen der Nocken 17 jeder Welle 14 gegeneinander und gegenüber den Nocken 17 benachbarter Wel­ len 14 verschoben sind.

Für den gegenseitig synchronen Drehantrieb der Wellen 14 und dadurch der von ihnen getragenen Nocken 17 sind gemäß Fig. 4 auf dem Vorrichtungsrahmen 4 ein Motor 18 mit angeschlossener Einrichtung zur stufenlosen Drehzahländerung und ein Drehzahl- Untersetzungsgetriebe 19 angeordnet. Der Motor 18 und das Untersetzungsgetriebe 19 sind durch einen nicht dargestellten Riemen miteinander verbunden, wogegen das Untersetzungsgetriebe 19 mit einem Abtriebs-Kettenrad 20 versehen ist, das gemäß Fig. 1 mit dem Kettenrad 16 auf der Welle 14 über eine Kette 21 ver­ bunden ist.

Der Drehantrieb zum Erzeugen einer synchronen Drehbewegung der Nocken 17 ist daher vom Motor 18, dem Drehzahl-Untersetzungsge­ triebe 19, den Kettenrädern 16 und 20, der Kette 21 und den Stirnzahnrädern 15 auf den zugehörigen Wellen 14 gebildet.

Auf einer Seite des Plattenförderbandes 3 ist eine Werkstück- Ausrichteplatte 22 angeordnet und mittels eines Arbeitszylin­ ders o.dgl. rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des Förderbandes 3 verstellbar. Die Ausrichteplatte 22 wirkt mit einer auf der anderen Seite des Förderbandes 3 feststehenden Ausrichteplatte zusammen, um die der Vorrichtung zugeführten Schaumstoff-Er­ zeugnisse in vorbestimmten Positionen auf dem Plattenförderband 3 zu halten.

Beim Brechen der Zellenwände von Schaumstoff-Erzeugnissen frei­ gesetzte Gase werden von einer Absaugleitung 23 aufgefangen.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende: Die Schaumstoff- Erzeugnisse werden durch Betätigen des Förderbandes 3 der Vor­ richtung zugeführt; sobald die vorbestimmte Anzahl Schaumstoff- Erzeugnisse geladen ist, wird das Förderband 3 durch Betätigen beispielweise einer fotoelektrischen Vorrichtung ausgeschaltet. Sodann werden die Druckluftzylinder 6 betätigt, um den Vorrich­ tungsrahmen 4 so abzusenken, daß die Preßwerkzeuge 10 nach un­ ten in den Dicken der Schaumstoff-Erzeugnisse entsprechende Po­ sitionen fahren, aus denen sie im Takt der Hübe der Nocken 17 gegen die Federkraft der Schraubenfedern 13 weiter nach unten verstellt werden.

Die Preßstücke 9 der Preßwerkzeuge 10 pressen daher die glei­ chen Abschnitte der Schaumstoff-Erzeugnisse mit Kompressionsbe­ trägen insbesondere zwischen 50% und 90% bei Frequenzen vor­ zugsweise zwischen 0,5 und 5,0 Schlägen je Sekunde so zusammen, daß Zellenwände der Erzeugnisse gebrochen werden.

Wenn die Zellenwände in dieser Weise gebrochen werden, ist es von Vorteil, die zusammenzupressenden Abschnitte der Schaum­ stoff-Erzeugnisse so auszuwählen, daß Bereiche von ihnen, in die Verstärkungsteile eingebettet sind, gemieden werden. Wenn ein Preßstück 9 auf einen Abschnitt des eingebetteten Verstär­ kungsteils trifft, hat sich aber der größte Teil der übrigen Preßstücke 9 in diesem Augenblick noch nicht in die jeweilige Preßposition abgesenkt, und andere Abschnitte der eingebetteten Verstärkungsteile können in den Schaumstoff-Erzeugnissen rela­ tiv frei, ohne Behinderung durch die Preßstücke 9, bewegt wer­ den. Verformungen und Beschädigungen der eingebetteten Verstär­ kungsteile können daher in ausreichendem Maße vermieden werden, und außerdem kann Reißen der Schaumstoff-Erzeugnisse selbst verhindert werden.

Zur Verstärkung der vorstehend beschriebenen Wirkung ist der von den Druckluftzylindern 6 abgestützte Vorrichtungsrahmen 4 so ausgebildet, daß er, wenn die von den Preßstücken 9 auf die Schaumstoff-Erzeugnisse ausgeübten Preßkräfte einen vorbestimm­ ten Wert, z.B. 10 kg, überschreiten, in Abhängigkeit von der Reaktion auf die Preßkräfte der Preßstücke 9 aufwärts bewegt wird.

Das Preßstück 9 preßt in einer Position z.B. 5 bis 15 Male, um die Zellenwände annähernd vollständig zu brechen. Danach wird der Drehantrieb abgeschaltet, und der Vorrichtungsrahmen 4 wird von den Druckluftzylindern 6 hochgefahren. Das Plattenförder­ band 3 schaltet dann um einen vorbestimmten Betrag weiter, um den Abschnitt des Schaumstoff-Erzeugnisses mit noch nicht ge­ brochenen Zellenwänden in die Position unter den Preßwerkzeugen 10 zu verbringen. Anschließend wird die vorstehend beschriebene Arbeitsfolge wiederholt, vorzugsweise über der ganzen Länge oder Breite des Schaumstoff-Erzeugnisses.

Wenn das Brechen der Zellenwände in Bereichen mit eingebetteten Verstärkungsteilen gezielt vermieden werden soll, ist es von Vorteil, das Schaumstoff-Erzeugnis in eine Unterdruckkammer zu geben und Zellenwände bei einem Unterdruck von 20 bis 100 mm QS entweder vor Beginn oder nach Beendigung des eigentlichen Bre­ chens, vorzugsweise vor Beginn desselben, vorzubrechen.

In Zusammenhang damit wurde die Fähigkeit zur Schwingungsüber­ tragung (nach JASO B 408-84) von Schaumstoff-Erzeugnissen nach Brechen ihrer Zellenwände in der beschriebenen Vorrichtung bei vorausgegangenem Brechen unter Unterdruck ermittelt. Die im Di­ agramm der Fig. 5 dargestellten Ergebnisse zeigen, daß die Fä­ higkeit zur Schwingungsübertragung (durchgezogene Linie) bei der Eigenfrequenz der Schaumstoff-Erzeugnisse, die sowohl unter Unterdruck als auch in der Presse behandelt wurden, sehr viel größer ist als bei Schaumstoff-Erzeugnissen, die nur mit Unter­ druck behandelt wurden (gestrichelte Linie). Ferner ist die Ei­ genfrequenz im zuerst genannten Fall geringer. Daraus ergibt sich, daß durch Brechen sowohl unter Unterdruck als auch mecha­ nisch oder durch Pressen die Elastizität der Schaumstoff-Er­ zeugnisse in hohem Maße verbessert werden kann.

Ferner beträgt die Durchlässigkeit (nach JASO M 313-83, Durch­ reib-Durchlässigkeit) bei mit Unterdruck und mechanisch gebro­ chenen Schaumstoff-Erzeugnissen 24,0 cm³/cm²/s, dagegen 8,2 cm³/cm²/s bei Erzeugnissen, die nur mit Unterdruck gebrochen wurden.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß es die Erfindung ermög­ licht, bei Schaumstoff-Erzeugnissen alle Zellenwände gleichmä­ ßig oder vollzählig mit einem großen Verhältnis der gebrochenen zu den nicht gebrochenen Zellenwänden bei geringem Zeitaufwand zu brechen. Durch getrenntes Absenken einer Vielzahl von Preß­ werkzeugen in einer vorbestimmten Reihenfolge können Verformung und Beschädigungen eingebetteter Verstärkungsteile und das Rei­ ßen der Schaumstoff-Erzeugnisse wirkungsvoll verhindert werden. Diese Wirkung kann noch verstärkt werden, wenn das Pressen von Bereichen der Schaumstoff-Erzeugnisse, die in die Verstärkungsteile eingebettet sind, gezielt vermieden wird.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Brechen der Zellenwände in Schaumstoff-Er­ zeugnissen, gekennzeichnet durch eine Transporteinrichtung (3) zum Transportieren der Schaum­ stoff-Erzeugnisse durch die Vorrichtung hindurch, einen über der Transporteinrichtung angeordneten Vorrichtungsrahmen (4), der gegenüber der Transporteinrichtung (3) mittels einer Um­ kehreinrichtung (6) höhenverstellbar ist, eine Vielzahl von am Vorrichtungsrahmen (4) angeordneten, in bezug auf ihn nach oben vorgespannten Preßwerkzeugen (10), Nocken (17) für die Abwärts­ bewegung der zugehörigen Preßwerkzeuge (10), und einen Drehan­ trieb (14, 16, 18, 19, 20, 21) für die gegenseitig synchrone Drehbe­ wegung der Nocken (17).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehreinrichtung eine Vielzahl von Druckluftzylindern (6) umfaßt, die synchron miteinander betätigbar sind.

3. Vorrichtung.nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Preßwerkzeuge (10) in Reihen angeordnet und reihenweise gegeneinander versetzt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Preßwerkzeug (10) eine Stange (8) und ein halbkugeliges Preßstück (9) am unteren Ende der Stange (8) umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Preßwerkzeuge (10) ferner ein zylindrisches Bauteil (11) aufweist, das vom Vorrichtungsrahmen (4) aufragt und die Stange (8) aufnimmt, und eine zwischen dem Mittelabschnitt der Stange (8) und der Innenseite des unteren Endes vom Bauteil (11) angeordnete Schraubenfeder (13), derart, daß die Stange (8) in bezug auf den Vorrichtungsrahmen (4) nach oben vorge­ spannt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf eine waagerechte Ebene projizierte Fläche des halbkuge­ ligen Preßstücks (9) zwischen 10 und 80 cm² beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius des halbkugeligen Preßstücks (9) zwischen 5 und 50 mm beträgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Preßwerkzeuge (10) zwischen 5 und 20 beträgt, und die Preßwerkzeuge (10) mit kleinstmöglichem Zwischenabstand un­ ter Vermeidung gegenseitiger Störung angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Reihen von Preßwerkzeugen (10) entsprechende Vielzahl von Wellen (14) parallel zueinander drehbar gelagert und von an einem Ende der Wellen (14) getragenen Zahnrädern (15) antreib­ bar sind, und daß die Nockeneinrichtung Nocken (17) in Form von kreisrunden Scheiben umfaßt, die auf den den Preßwerkzeugen (10) entsprechenden Wellen (14) so angeordnet sind, daß die Nocken (17) jeder Welle (14) gegeneinander und von Welle zu Welle phasenverschoben sind.