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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Artikels aus geformtem und gebundenem Schaum gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1.
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US-A-3 354 578 offenbart
ein Verfahren, in dem Polyurethanschaum-Abfälle
in kleine Partikel zerhackt werden. Diese Partikel werden anschließend mit
einem Klebemittel vermischt, und das erzielte Gemisch wird in eine
Form eingeblasen. Das Gemisch verbleibt in der Form, bis das Klebemittel abgebunden
ist. Nachdem der geformte Artikel aus der Form entnommen wurde,
wird um diesen Artikel eine Umhüllung
angelegt, so dass der geformte und gebundene Schaum innerhalb der
Umhüllung
komprimiert gehalten wird. Anschließend wird er mit anderen Teilen
aus geformtem und gebundenem Schaum zusammengesetzt, um ein Figurenspielzeug zu
erhalten. Da die Schaumflocken oder -Partikel in den Formhohlraum
eingeblasen werden, muss der Formhohlraum mit Gasauslassöffnungen
versehen sein, damit die Transportluft aus dem Formhohlraum entweichen
kann.
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Ein
Nachteil des Verfahrens, das in
US-A-3 354 578 offenbart wird, ist, dass keine
Messungen vorgesehen sind, um die Dichteverteilung des in den Formhohlraum
eingeblasenen Gemischs zu kontrollieren. Im Fall eines Figurspielzeugs
soll normalerweise eine gleichförmige
Dichte erzielt werden. Mit dem Verfahren, das in
US-A-3 354 578 offenbart wird,
kann eine ziemlich gleichförmige
Dichte erzielt werden, wenn die Form eine einfache und relativ kleine
Form ist, die nur einen Hauptformhohlraum umfasst, aber bei komplexeren
Formhohlräumen,
wenn beispielsweise der Körper
und die Arme und Beine des Figurspielzeugs in einer Form geformt
würden, kann
eine gleichförmige
Schaumdichte nicht immer erzielt werden.
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Ein
Verfahren, in dem ein Gemisch aus Schaumpartikeln und Bindemittel
zur Herstellung eines Artikels aus geformtem und gebundenem Schaum
in eine geschlossene Form geblasen wird, ist auch in
EP-B-0 657 266 offenbart.
In diesem bekannten Verfahren wird das Gemisch aus Partikeln und
Bindemittel durch ein Zufuhrrohr geblasen, das über eine relativ kleine Einlassöffnung,
die in einer Seitenwand der Form in dem Formhohlraum bereitgestellt
ist, so endet, dass die Partikel im wesentlichen horizontal in diesen
Formhohlraum geblasen werden. Um der Transportluft ein Entweichen
zu ermöglichen,
sind die Wände
der Form mit einer Anzahl kleiner Auslassöffnungen versehen. Nachdem
das Gemisch in den Formhohlraum eingeblasen wurde, wird das Volumen
diesem Formhohlraum durch bewegliche Wandabschnitte so reduziert,
dass das Gemisch aus Partikeln und Bindemittel in dem Formhohlraum
komprimiert wird. In einem nächsten
Schritt wird das Bindemittel durch Einblasen von Dampf durch das
komprimierte Gemisch ausgehärtet.
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Ein ähnliches
Verfahren ist in
EP-A-1
219 399 offenbart. In diesem Verfahren ist die Form jedoch
von einem Saugbehälter
eingeschlossen, der mit einer Saugpumpe verbunden ist, so dass das
Gemisch aus Schaumpartikeln und Bindemittel nicht eingeblasen, sondern
in den Formhohlraum eingesaugt wird. Dies findet auch durch eine
relativ kleine Einlassöffnung
statt.
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Der
Zweck des in
EP-B-0
657 266 offenbarten Verfahrens ist, Teile aus geformtem
und gebundenem Schaum herzustellen, die eine gleichförmige Dichte
aufweisen. Um eine solche gleichförmige Schaumdichte zu erzielen,
werden die Partikel so durch die Einlassöffnung in den Formhohlraum
geblasen, dass sie durch den Luftstrom in die Form getragen werden,
bis der Formhohlraum vollkommen gefüllt ist, wobei jedes weitere
Komprimieren der verformbaren Schaumflocken vermieden wird. Ein Nachteil
dieses bekannten Verfahrens ist jedoch, dass insbesondere bei komplexeren
Formhohlräumen
die gewünschte
gleichförmige
Schaumdichte nicht immer dadurch erzielt werden kann, dass die Schaumpartikel
einfach durch eine relativ kleine Einlassöffnung, die in einer Seitenwand
vorgesehen ist, in den Formhohlraum geblasen werden. In dem Beispiel, das
in den Figuren von
EP-B-0
657 266 dargestellt ist, fließen zum Beginn des Befüllens der
Form die Luft und Schaumpartikel beispielsweise nicht in einer Hauptrichtung
durch den Formhohlraum, sondern es wird darin normalerweise eine
Luftzirkulation geschaffen. Tatsächlich
werden die Schaumpartikel und die Luft mittig durch eine der Endwände in den Formhohlraum
in Richtung auf die gegenüberliegende
Endwand geblasen, wo der Fluss aus Luft und Schaumpartikeln in einem
hohen Maße
abgelenkt wird, um entlang der Seitenwände in Richtung auf die Endwand
zurückzukehren,
durch die sie injiziert wurden. Aufgrund des Vorhandenseins dieser
Zirkulation wird der Formhohlraum nicht gleichförmig von der Rückseite
zur Vorderseite hin befüllt,
da die Schaumpartikel zu Beginn durch den Luftstrom von der gegenüberliegenden
Endwand weggeblasen werden, anstatt darauf abgelegt zu werden. Infolgedessen, wenn
die Form fast gefüllt
ist, drängt
der Fluss von Luft und Partikeln in den Formhohlraum die Schaumpartikel
hauptsächlich
in Richtung auf die gegenüberliegende
Endwand, so dass in dieser Richtung eine größere Kraft auf das Gemisch
ausgeübt
wird, was zu einem unerwünschten
Dichtegradienten führt. Wenn
kleinere Seitenhohlräume,
die in dem Haupthohlraum enden, in der Form vorgesehen sind, ist
es des weiteren schwierig, eine ausreichende Menge von Schaumpartikeln
in diesen Seitenhohlräumen
bereitzustellen, insbesondere, wenn sie in der oberen Wand der Form
vorgesehen sind. Im Allgemeinen ist es tatsächlich schwieriger, die Oberseite
als die Unterseite der Form zu füllen.
Um die gewünschte
gleichförmige
Dichte zu erzielen, ist es daher beispielsweise notwendig, eine
zusätzliche
mechanische Komprimierung der Schaumpartikel in den Seitenhohlräumen und/oder
in dem oberen Teil der Form bereitzustellen.
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Angesichts
der oben beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein neues Verfahren für
die Herstellung eines Artikels aus geformtem und gebundenem Schaum
vorzuschlagen, das eine bessere Kontrolle der Dichteverteilung des
Gemisches in dem Formhohlraum ermöglicht, insbesondere im Fall
von komplexeren Formhohlräumen,
und das ebenso das Erzielen eines Dichtegradienten ermöglicht,
falls gewünscht,
ohne dass dazu eine mechanische Komprimierung ausgeführt werden
muss, sobald das Gemisch in den Formhohlraum eingeführt wird.
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Gemäß dem kennzeichnenden
Teil von Anspruch 1 wird eine Form verwendet. Bevorzugte Ausführungsformen
sind gemäß den untergeordneten Ansprüchen, wobei
der vorab festgelegte Oberflächenbereich
der Einlassöffnung
mindestens vorzugsweise 45% und mehr bevorzugt 60% des maximalen Querschnitts-Oberflächenbereichs
entspricht.
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Die
Verwendung einer großen
Einlassöffnung
bietet zwei Hauptvorteile. Wie bereits oben erläutert wurde, bietet der Einsatz
einer großen
Einlassöffnung
zwei Hauptvorteile. Zuerst ermöglicht
er eine bessere Kontrolle, insbesondere eine mechanische Kontrolle
dessen, wo die Partikel in dem Formhohlraum abgelegt werden. Zweitens
können
unkontrollierte Luftzirkulationen leichter vermieden werden, indem
Luft oder Gas in den Formhohlraum in einem Hauptstrom über die
gesamte Oberfläche
der Einlassöffnung
eintreten können.
Aufgrund der relativ großen
Größe dieser Öffnung im
Vergleich mit dem Formhohlraum bleibt nicht viel Raum neben dem Hauptgasfluss
in den Formhohlraum übrig,
um eine Gaszirkulation innerhalb des Formhohlraums zu ermöglichen.
Verglichen mit anderen vorhandenen Verfahren zum Herstellen eine
Artikels aus geformtem und gebundenem Schaum in einer offenen Form
ermöglicht
das Verfahrens gemäß der Erfindung
eine bessere Kontrolle der Menge von Partikeln in den verschiedenen
Formbereichen dank der Tatsache, dass die in die Form eingeführten Partikel
nicht lose aufeinander gestapelt sind, sondern durch den Gasfluss
komprimiert werden. Aufgrund der Verdichtung der Partikel kann die
erforderliche Menge an Partikeln in den verschiedenen Bereichen
einfacher bereitgestellt werden. In gewissen Bereichen, in denen mehr
Partikel erforderlich sind, ist es sogar möglich, sie in höherem Maß zu verdichten.
Wenn das lose Gemisch aus Partikeln und Bindemittel eine sichtliche
Dichte von d kg/m3 besitzt, wird der Gasfluss
beispielsweise in einer bevorzugten Ausführungsform so kontrolliert,
dass dieses Gemisch in einem ersten komprimierten Zustand, d.h.
wenn die Form geschlossen ist, eine durchschnittliche Dichte von
mindestens 1,5 × d
kg/m3 und bevorzugt von mindestens 2,0 × d kg/m3 besitzt.
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In
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens wird der Gasfluss durch den Formhohlraum kontrolliert,
wenn das Gemisch in den Formhohlraum eingeführt wird, um für eine vorher festgelegte
Zeitspanne eine Mindestfließgeschwindigkeit
zu erzielen, die in normalen m3 Gas pro
Minute angegeben wird, von mindestens 500 mal, vorzugsweise mindestens
1000 mal und am Bevorzugtesten 2000 mal das in m3 ausgedrückte innere
Volumen V, das der Formhohlraum aufweist, wenn die Einlassöffnung geschlossen
ist, um das Gemisch so zu komprimieren, dass es sich beim Schließen der Einlassöffnung in
einem ersten komprimierten Zustand befindet.
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Wenn
so hohe Fließgeschwindigkeiten
verwendet werden, kann die Form zuallererst mit einer relativ großen Einlassöffnung versehen
werden, da das in den Formhohlraum eingeführte Gemisch darin in ausreichendem
Maß durch
den Gasfluss komprimiert werden kann, selbst wenn die Form eine
große Einlassöffnung aufweist.
Ein Vorteil des Vorhandenseins einer solch großen Einlassöffnung ist, dass unkontrollierte
Luftzirkulationen innerhalb des Formhohlraums einfacher zu vermeiden
sind, so dass die Schaumpartikel auf der inneren Fläche der
Form oder übereinander
direkt abgelegt werden können, ohne
zuerst in dem Formhohlraum umherzuwirbeln. Ein weiterer Vorteil
ist, dass eine solch große
Einlassöffnung
eine bessere Kontrolle darüber
ermöglicht, wo
die Partikel in den Formhohlraum eingeführt und abgelegt werden. Die
hohen Fließgeschwindigkeiten, die
gemäß der ersten
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung erzeugt werden, ermöglichen
es des weiteren, den Gasfluss über
einen größeren Oberflächenbereich
aufzuteilen, insbesondere über
verschiedene Zonen, in denen das Gas aus dem Formhohlraum heraus
fließt,
während
ein immer noch ausreichender Gasfluss in jeder Zone aufrechterhalten wird,
um das Gemisch in allen dieser Zonen gegen die Wand des Formhohlraums
gepresst zu halten. Auf diese Weise kann nicht nur das Gemisch in
verschiedene Bereiche in dem Formhohlraum geleitet werden, sondern
auch die Verdichtung des Gemischs in den verschiedenen Zonen des Formhohlraums
kontrolliert werden, um die Menge von Partikeln in den verschiedenen
Formbereichen bereitzustellen, die zum Erzielen der gewünschten
Dichteverteilung innerhalb des Artikels aus geformtem und gebundenem
Schaum erforderlich sind. Die Mengen von Partikeln können insbesondere
kontrolliert werden, um eine gleichförmige Dichte zu erzielen, aber das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
auch die Herstellung von Teilen aus gebundenem Schaum mit einem
gewünschten
Dichtegradienten, beispielsweise Teilen, die dichtere oder starrere
hervorspringende Kanten aufweisen. In den Verfahren nach dem bekannten
Stand der Technik, bei denen ein Luftstrom verwendet wird, um die
Schaumpartikel in den Formhohlraum zu blasen, werden viel niedrigere Fließgeschwindigkeiten
verwendet, weil nur eine niedrige Fließgeschwindigkeit erforderlich
ist, um das Gemisch durch das relative kleine Transportrohr und die
Einlassöffnung
in den Formhohlraum zu blasen, selbst wenn der Formhohlraum fast
gefüllt
ist.
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In
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens wird eine Form eingesetzt, deren Einlassöffnung,
gemessen entlang einer flachen, zur Einlassöffnung parallelen Ebene, einen
vorab festgelegten Oberflächenbereich
aufweist, wobei das in den Formhohlraum in mindestens einem Strom eingeführte Gemisch,
ebenfalls gemessen entlang der flachen Ebene, einen Querschnitts-Oberflächenbereich
besitzt, der kleiner als der vorab festgelegte Oberflächenbereich
der Einlassöffnung
ist. Beim Einführen
des Gemischs in den Formhohlraum wird der Gasfluss durch den Formhohlraum
so gelenkt, dass er in diesen Formhohlraum mindestens teilweise durch
den Bereich der Einlassöffnung
neben dem Gemischstrom eintritt, und wird kontrolliert, um das Gemisch
in dem Formhohlraum so zu komprimieren, dass es sich beim Schließen der
Einlassöffnung
in einem ersten komprimierten Zustand befindet.
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Da
der Strom des Gemischs in den Formhohlraum nur einen Abschnitt der
Einlassöffnung
belegt, ist es möglich,
das Gemisch mechanisch in gewisse Bereiche in dem Formhohlraum zu
lenken, um die erforderliche Menge an Partikeln in diesen Bereichen
bereitzustellen. Durch das Komprimieren des Gemischs in dem Formhohlraum
mittels des Gasflusses durch die Einlassöffnung kann diese Einlassöffnung nicht
nur größer als
der Strom des Gemischs gemacht werden, das in den Formhohlraum eintritt, sondern
das Gemisch wird außerdem
so gegen die innere Fläche
des Formhohlraums gepresst gehalten, dass die erforderliche Menge
an Gemisch in den verschiedenen Bereichen des Formhohlraums abgelegt
werden kann.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens, wenn das Gemisch in den Formhohlraum eingeführt worden
ist, wird die Erzeugung des Gasflusses durch den Formhohlraum im wesentlichen
fortgesetzt, bis die Einlassöffnung
geschlossen wird, wobei der Gasfluss durch den Formhohlraum sowohl
beim Einführen
des Gemischs in den Formhohlraum als auch nach dem Einführen des Gemischs
in diesen so kontrolliert wird, dass das Gemisch durch den Gasfluss
komprimiert wird und sich nach dem Schließen der Einlassöffnung in
einem ersten komprimierten Zustand befindet.
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Ein
Vorteil der Fortsetzung des Gasflusses durch den Formhohlraum, bis
die Einlassöffnung
im wesentlichen geschlossen ist, besteht darin, dass eine größere Einlassöffnung in
der Form bereitgestellt werden kann, ohne dass eine stärkere Komprimierung
des Gemischs erforderlich ist, wenn es in den Formhohlraum eingeführt wird.
Durch den fortgesetzten Gasfluss wird das Gemisch tatsächlich daran gehindert,
sich wieder auszudehnen, wenn die Einlassöffnung geschlossen wird.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
des Verfahrens wird der Gasfluss durch den Formhohlraum während der
Einführung
des Gemischs zumindest teilweise durch Ansaugen von Gas aus dem Formhohlraum
erzeugt, wobei insbesondere mindestens 70%, vorzugsweise mindestens
90% und am Bevorzugtesten im wesentlichen 100% des Gasflusses aus
dem Formhohlraum herausgesaugt werden.
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Durch
Heraussaugen mindestens eines Anteils des durch den Formhohlraum
fließenden
Gases aus diesem Hohlraum kann das in den Formhohlraum eingeführte Gemisch
leichter in die gewünschten
Bereiche auf der inneren Formfläche
gelenkt und dort in einem komprimierten Zustand gehalten werden.
Es ist des Weiteren ebenfalls einfacher, ein unkontrolliertes Zirkulieren
von Luftströmen
innerhalb des Formhohlraums zu vermeiden, wenn die Luft aus dem
Formhohlraum herausgesaugt wird, anstatt die Luft unter Druck in
den Formhohlraum hineinzublasen. Das Ansaugen von Schaumpartikeln,
anstatt sie in eine Form hineinzublasen, ist per se bereits bekannt
aus
DE-C-28 21 410 .
Bei diesem bekannten Verfahren werden dehnbare Polystyrol-Partikel
in eine Form gesaugt und dort mit Hilfe von Dampf gedehnt und gebunden.
Ein wesentlicher Unterschied zu dem Verfahren ist, dass bei diesem
bekannten Verfahren kein Bindemittel verwendet werden muss, und
dass die Partikel noch nicht ausgedehnt sind, wenn sie in die Form
eingeführt
werden. Auf diese Weise sind die Partikel leichter in die Form einzuführen und
müssen
insbesondere nicht komprimiert werden.
DE-C-38 21 410 lehrt sogar explizit,
jede Komprimierung der Partikel beim Einführen in die Form zu vermeiden,
um eine gleichförmige
Dichte erzielen zu können.
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In
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird vor allem eine Form verwendet, deren Formhohlraum, wenn Gemisch
darin eingeführt
wird, begrenzt ist durch Wände,
welche die Einlassöffnung
für das
Gemisch aufweisen, und die des weiteren mit Gaseinlass- und/oder
-auslassöffnungen
zum Erzeugen des Gasflusses durch den Formhohlraum versehen sind,
wobei die Gaseinlass- und/oder -auslassöffnungen und die Einlassöffnung in
mindestens drei verschiedenen Zonen angeordnet sind, wobei der Gasfluss
durch die Öffnungen und/oder
die Einlassöffnung
beim Einführen
des Gemischs in den Formhohlraum kontrolliert wird. Der Gasfluss
kann insbesondere durch Festlegen der Anzahl und Größe der Öffnungen
in den verschiedenen Zonen kontrolliert werden, oder, wenn eine
Ansaugeinheit verwendet wird, durch Kontrollieren der Gasmenge,
die aus dem Formhohlraum in den jeweiligen Zonen herausgesaugt wird.
Durch Kontrollieren des Gasflusses in den verschiedenen Zonen kann
eine vorab festgelegte Dichteverteilung, die sich normalerweise
von einer gleichförmigen
Dichte unterscheidet, nach dem Einführen des Gemischs in die Form erzielt
werden. Wenn der Formhohlraum geschlossen ist, kann anschließend ein
weiterer Gasfluss durch den Formhohlraum erzeugt werden, insbesondere
in eine Richtung, die entgegengesetzt zur Richtung des ersten Gasflusses
verläuft,
um die gewünschte
endgültige
Dichteverteilung zu erhalten.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Einrichtung nach Anspruch 21.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform beträgt der vorab
festgelegte Oberflächenbereich
der Einlassöffnung
mindestens 45% und bevorzugter 60% des maximalen Querschnitts-Oberflächenbereichs.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Einrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die
Mittel zum Erzeugen des Gasflusses angeordnet sind, um einen Gasfluss
durch den Formhohlraum zu erzeugen, wobei, wenn das Gemisch in den
Formhohlraum eingeführt
wird, über
eine vorab festgelegte Zeitspanne eine Mindestfließgeschwindigkeit
erreicht wird, die in normalen m3 Gas pro
Minute ausgedrückt
wird, von mindestens 500 mal, vorzugsweise mindestens 1000 mal und
am Bevorzugtesten 2000 mal das in m3 ausgedrückte innere
Volumen V, das der Formhohlraum aufweist, wenn die Einlassöffnung geschlossen
ist.
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Weitere
Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung einiger besonderer Ausführungsformen des Verfahrens
und der Einrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Artikels
aus geformtem und gebundenem Schaum offenkundig. Diese Beschreibung dient
nur zur Veranschaulichung und soll den Umfang der Erfindung nicht
beschränken.
Die in dieser Beschreibung verwendeten Bezugszeichen beziehen sich
auf die folgenden Zeichnungen im Anhang:
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1 zeigt
eine Perspektivansicht eines Artikels aus geformtem und gebundenem
Schaum, insbesondere eine Kopfstütze,
die mit einem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurde;
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2 zeigt
schematisch im Querschnitt entlang der Linien II-II in 3 eine Vorderansicht
einer Form zum Herstellen des in 1 dargestellten
Artikels;
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3 zeigt
schematisch im Querschnitt entlang der Linien III-III in 2 eine
Seitenansicht der Form, die in 2 dargestellt
ist;
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4 bis 7 sind 3 sehr ähnlich und stellen
die verschiedenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen
des Artikels aus geformtem und gebundenem Schaum dar, der in 1 dargestellt
ist;
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8 ist
eine schematische Zeichnung der Gebläseeinheit und der Rohrleitungen
und Ventile, die diese Gebläseeinheit
mit der in den vorherigen Figuren dargestellten Form verbinden,
um den erforderlichen Gasfluss durch diese Form zu erzeugen, wenn
darin der Artikel aus geformtem und gebundenem Schaum hergestellt
wird; und
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9 ist
eine schematische Ansicht der Einrichtung mit der in den vorherigen
Figuren dargestellten Form und den Vorrichtungen zum Mischen der Schaumpartikel
mit einem Bindemittel und zum Einführen des Gemischs in den Formhohlraum.
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Der
in 1 dargestellte Artikel aus geformtem und gebundenem
Schaum ist eine Kopfstütze
für einen
Autositz, umfassend ein Teil 1 aus geformtem und gebundenem
Schaum und eine Metalleinlage 2 zu dessen Befestigung am
Autositz. Das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung kann jedoch zum Herstellen von verschiedenen Arten von
Artikeln aus geformtem und gebundenem Schaum verwendet werden, die
verschiedene Formen aufweisen und verschiedene Härten und/oder Dichten besitzen.
Es kann beispielsweise zum Herstellen von Kissen für Sitze,
Elementen zum Isolieren oder Verpacken von verschiedenen Artikeln,
starreren Stützelementen usw.
verwendet werden.
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Die
Artikel aus geformtem und gebundenem Schaum werden normalerweise
aus Schaumabfällen hergestellt,
insbesondere aus Zuschneideschaum, der als Abfall anfällt, wenn
Formen aus größeren Schaumstücken ausgeschnitten
werden. Der Schaum kann insbesondere aus verschiedenen Arten von
Polyurethanschaum bestehen, einschließlich flexiblem, halbflexiblem
und starren Schaumstoffen, offen- und geschlossenzelligen Schaumstoffen, Netzschaumstoffen
usw., es können
aber auch andere, nicht aus Polyurethan bestehende Schaumstoffarten
verwendet werden. Die Schaumstücke werden
in Partikel der gewünschten
Größe zerkleinert,
entweder durch Zermahlen oder Schreddern oder Zerschneiden, wie
in
EP-B-0 679 168 offenbart. Die
erhaltenen Partikel weisen normalerweise für mehr als 80 Volumenanteile,
vorzugsweise für
mehr als 90 Volumenanteile ein Volumen zwischen 0,15 und 25 cm
3 auf, und vorzugsweise zwischen 0,5 und 5
cm
3. Zusätzlich
zu den Schaumpartikeln oder -flocken können andere Partikel zum Herstellen
des geformten und gebundenen Schaums verwendet werden, beispielsweise
Hartplastik-, Gummi-, Holz- oder Korkpartikel.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfassen die Schaumpartikel, die zum Herstellen des Artikels aus verbundenem
Schaum verwendet werden, flexible Schaumpartikel, die insbesondere
eine Kompressionshärte
aufweisen, die in Übereinstimmung
mit der Norm DIN 53577 gemessen wird, die kleiner als 15 kPa und
insbesondere kleiner als 10 kPa ist. Diese flexiblen Schaumpartikel
bilden vorzugsweise mindestens 30 Volumenanteile und insbesondere
mindestens 50 Volumenanteile der Partikel, die zum Herstellen des
gebundenen Schaums verwendet werden. Diese Partikel umfassen des
Weiteren vorzugsweise mindestens 50 Volumenanteile und bevorzugter
mindestens 75 Volumenanteile von offenzelligen Schaumpartikeln mit
einem offenzelligen Gehalt von mindestens 50%. Das Vorhandensein
solcher flexibler, vorzugsweise offenzelliger Schaumpartikel wirkt sich
nicht nur auf die Härte
des geformten und gebundenen Schaums aus, sondern bestimmt auch
die gesamte oder offenkundige Komprimierbarkeit der losen Partikel.
Das Vorhandensein von offenzelligen Schaumpartikeln erhöht des weiteren
die Luftdurchlässigkeit
der losen Flocken in der Form und damit die Fließgeschwindigkeit des Gases,
die durch den Formhohlraum erzielt werden kann, und die daraus resultierende
Komprimierung des darin eingeführten Gemischs,
wie später
beschrieben wird.
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Um
den gebundenen Schaum herstellen zu können, werden die Partikel zuerst
mit einem Bindemittel gemischt. Dieses Bindemittel ist beispielsweise ein
Elastomer-Bindemittel auf Gummibasis oder ein Polyurethankleber,
insbesondere ein Polyurethan-Vorpolymer mit freien NCO-Gruppen,
das in Anwesenheit von Feuchtigkeit ausgehärtet werden kann, insbesondere
in der Anwesenheit von Dampf. Normalerweise besitzen solche Vorpolymere
einen freien NCO-Gehalt von 5 bis 25%, und insbesondere zwischen
5 und 15%. Das Polyurethan-Vorpolymer ist vorzugsweise ein Vorpolymer,
das aus TDI und/oder MDI und herkömmlichen Polyolen hergestellt
wird, die für
die Produktion von weichen Polyurethan-Schaumstoffen verwendet werden.
Die Menge des zu den Partikeln zugesetzten Bindemittels umfasst
vorzugsweise 3 bis 20% und bevorzugter 5 bis 15% des Gesamtgewichts
der Partikel. Das Bindemittel kann beispielsweise auf die Artikel
aufgesprüht
werden, während
sie durchgerührt
werden.
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Nach
dem Aufbringen des Bindemittels auf die Partikel wird eine Menge
des Gemisches aus Partikeln und Bindemittel durch eine Einlassöffnung in den
Hohlraum einer Form eingeführt,
in der das Gemisch aus Partikeln und Bindemittel komprimiert wird.
Die Einlassöffnung
wird anschließend
geschlossen und das Bindemittel kann mit dem Gemisch aushärten oder
sich in einem komprimierten Zustand binden, um den Artikel aus geformtem
und gebundenem Schaum zu bilden. Zum Erhöhen der Aushärtungsgeschwindigkeit
kann Dampf in die Form injiziert werden.
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Ein
Problem beim Herstellen von Artikeln aus geformtem und gebundenem
Schaum ist, dass die hergestellten Artikel eine vorab festgelegte
Dichteverteilung aufweisen sollen. Die hergestellten Artikel sollen
beispielsweise eine gleichförmige
Dichte aufweisen, so dass der gebundene Schaum eine gleichförmige Härte besitzt
und insbesondere keine harten oder weichen Bereiche aufweist. Solche
Probleme treten vor allem dann auf, wenn der Formhohlraum engere
Seitenhohlräume
aufweist, in denen die Schaumdichte normalerweise niedriger ist.
In anderen Fällen
können
starrere Zonen in den Artikeln aus geformtem und gebundenem Schaum
erforderlich sein, beispielsweise im Fall von vorspringenden oder nach
oben stehenden Kanten. Da solche vorspringenden Teile in Vertiefungen
in der Formfläche
hergestellt werden, ist es klar, dass die Bereitstellung größerer Mengen
von Partikeln in solchen Vertiefungen zusätzliche Probleme verursacht.
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2 bis 9 stellen
eine besondere Ausführungsform
einer Einrichtung und eines Verfahrens gemäß der Erfindung dar, die eine
bessere Kontrolle der Dichteverteilung in dem Formhohlraum und damit in
dem Artikel aus geformtem und gebundenem Schaum ermöglichen.
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In
der Gesamtansicht von 9 umfasst die Einrichtung eine
Anzahl von Speichersilos 3 mit verschiedenen Arten von
Partikeln, insbesondere mit Schaumpartikeln oder Schaumflocken verschiedener Größen, Dichten
oder Härten,
oder mit anderen Arten von Partikeln, wie beispielsweise Gummi-,
Kork- und/oder Kunststoffpartikeln. Die erforderliche Menge der
verschiedenen Arten von Partikeln wird in einen Mischer bzw. eine
Mischpumpe 4 eingeführt,
die beispielsweise eine mittlere Drehwelle 5 aufweist,
die mit Mischpaddeln 6 versehen ist. Wenn die Partikel gemischt
werden, wird das Bindemittel mittels einer Bindemittel-Aufsprühvorrichtung 7 auf
die Partikel gesprüht.
Wenn ein gründlich
durchgemischtes Gemisch erreicht ist, wird die erforderliche Menge
des Gemischs über
einen Trichter 8 mit einer Zufuhrvorrichtung 9 zum
Formhohlraum 10 transportiert. Um eine mechanische Verteilung
der Partikel in dem Formhohlraum 10 zu ermöglichen,
wird eine Anpassungseinrichtung 11 des Weiteren zwischen
der Zufuhrvorrichtung 9 und dem Formhohlraum 10 angeordnet.
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In 4 sind
einige weitere Details eines bevorzugten Trichters 8 mit
der Zufuhrvorrichtung 9 dargestellt. Das in den Trichter 8 eingeführte Gemisch wird
auf einer vibrierenden Rinne 9 als der Zufuhrvorrichtung
abgelegt. Diese vibrierende Rinne 9 umfasst einen Rüttler 12,
der unterhalb der Rinne befestigt ist und veranlasst, dass die Rinne
in einer solchen Frequenz vibriert, dass die Partikel vorwärts bewegt
werden, ungeachtet der Tatsache, dass die Rinne selber im wesentlichen horizontal
verläuft.
Das freie Ende der vibrierenden Rinne 9 ist über der
Einlassöffnung 13 der
Form 14 positioniert, in welcher der Artikel aus geformtem
und gebundenem Schaum hergestellt werden soll. Ein Vorteil des Einsatzes
einer vibrierenden Rinne 9 mit einem flachen Boden ist,
dass die Partikel durch die Vibrationen nicht nur zu dem Ende transportiert
werden, das über
der Form 14 liegt, sondern dass sie auch ganz gleichmäßig in der
Querrichtung der Rinne 9 verteilt werden. Demzufolge können die
Partikel homogen über
die Breite w der Einlassöffnung 13 aufgeteilt
werden, zumindest wenn die Rinne 9 eine Breite aufweist,
die mindestens gleich der Breite w dieser Einlassöffnung ist.
Der Trichter 8 mit der vibrierenden Rinne 9 kann
in senkrechter Richtung zur Breite der Einlassöffnung 13 bewegt werden,
insbesondere in eine Richtung, die durch den Doppelpfeil 15 angegeben
ist, um das Gemisch auch in dieser Richtung über die Länge l der Einlassöffnung 13 zu
verteilen.
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In
der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform ist eine solche
Bewegung zum Verteilen des Gemischs über die Länge l der Einlassöffnung 13 dank
der Anpassungsvorrichtung 11 jedoch nicht erforderlich,
die zwischen der vibrierenden Rinne 9 und der Einlassöffnung 13 vorgesehen
ist. Wie in 2 und 3 dargestellt,
umfasst diese Anpassungsvorrichtung 11 einen rechtwinkligen
röhrenförmigen Teil 16,
der mit zwei nach außen
vorspringenden Stützachsen 17 versehen
ist, mittels derer er in Halterungen 18 so aufgehängt ist,
dass er entlang des Doppelpfeils 19 schwenken kann, um
das Gemisch durch die Einlassöffnung 13 in
den Formhohlraum 10 zu führen. In der in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsform
muss dies manuell ausgeführt
werden, aber es ist natürlich
möglich,
ein automatisches, beispielsweise pneumatisches oder elektrisches
Kontrollsystem bereitzustellen.
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Um
auch den Strom der Partikel über
die Breite w der Einlassöffnung 13 modifizieren
zu können,
sind zunächst
Seitenklappen 20 in der Anpassungsvorrichtung 11 vorgesehen,
die gemäß den Doppelpfeilen 21 gelenkig
verbunden sein können, um
die Breite des Stroms an die Breite w der Einlassöffnung 13 anzupassen.
Wenn mehr Partikel in bestimmte Bereiche in dem Formhohlraum geleitet
werden müssen,
können
weitere Scharnierklappen 22 innerhalb des röhrenförmigen Anpassungsvorrichtungsteils 16 bereitgestellt
werden. Die verschiedenen Klappen können in einer bestimmten Längs- oder
Winkelposition (jeweils gemäß den Pfeilen 21, 23 und 24)
befestigt werden, oder es ist auch möglich, einen automatischen,
beispielsweise einen pneumatischen oder elektrischen Kontrollmechanismus
bereitzustellen, der es ermöglicht,
die Position der Klappen beim Befüllen des Formhohlraums 10 zu verändern.
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Um
einen Gasfluss durch den Formhohlraum 10 erzeugen zu können, ist
dieser Formhohlraum in der in den Zeichnungen dargestellten Form
begrenzt, einerseits durch perforierte Wände 25, die einen
unteren Formteil bilden, und andererseits durch einen perforierten
Deckel 26, der einen abnehmbaren oberen Formteil bildet,
der die Einlassöffnung 13 in
dem unteren Formteil schließt.
Die Perforationen in den Wänden 25 bilden
Gaseinlass- und/oder -auslassöffnungen,
durch die der erforderliche Gasfluss durch den Formhohlraum 10 erzeugt
werden kann, wenn das Gemisch darin eingeführt wird, insbesondere ein Gasfluss,
der das Gemisch in den Formhohlraum presst. Zum Erzeugen dieses
Gasflusses umfasst die Einrichtung eine Gaspumpeinheit 27,
insbesondere ein Gebläse,
das nicht ausgelegt ist, um ein hohes Vakuum oder einen hohen Druck
zu erzeugen, sondern als eine Vakuumpumpe, die im Gegenteil zum Erzeugen
einer relativ hohen Fließgeschwindigkeit ausgelegt
ist. Das Gebläse
als solches ermöglicht
es beispielsweise, eine Fließgeschwindigkeit
zu erzeugen, die größer als
5 m3/min ist, vorzugsweise höher als
10 m3/min, während ein Druckunterschied
von 100 mbar erzeugt wird, wobei das Gebläse in der Lage ist, beispielsweise
einen Druckunterschied von bis zu 500 mbar zu erzeugen.
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Die
Perforationen in den Wänden 25 des Formhohlraums 10 können verschiedene
Formen aufweisen und können
insbesondere kreisförmig, quadratisch,
rechtwinklig, länglich,
kreuzförmig
usw. sein. Die Größe der Perforationen
ist vorzugsweise klein genug, um starre Kugeln mit einem Durchmesser
von mehr als 3 mm zurückzuhalten,
der vorzugsweise größer als
2 mm und noch bevorzugter größer als
1 mm ist. Die Wände 25,
und damit die darin enthaltenen Perforationen, können mit einem luftdurchlässigen Tuch
abgedeckt werden, beispielsweise mit einem gewebten oder vorzugsweise
mit einem Vliestuchmaterial, das an dem Artikel aus geformtem und gebundenem
Schaum anhaftet. Der Vorteil des Einsatzes eines solchen Abdeckungsmaterials
ist, dass die Schaumpartikel daran gehindert werden, die Perforationen
zu durchqueren, wenn sie zu groß sind, und
dass das Tuchmaterial, das an der Fläche des Artikels aus geformtem
und gebundenem Schaum aufgrund des Bindemittels anhaftet, das zur
Herstellung des geformten und gebundenen Schaums verwendet wurde,
die Oberflächeneigenschaften
von mindestens einem Teil der Oberfläche des Artikels aus geformtem
und gebundenem Schaum verbessern und es auch erleichtern kann, einen
Webstoff oder eine andere Abdeckung über den Artikel zu ziehen.
Anstatt perforiert zu sein, können
die Wände des
Formhohlraums auch zumindest teilweise aus luftdurchlässigen Materialien
gefertigt sein, insbesondere aus Sintermaterialien. In der bevorzugten Ausführungsform
weisen die Wände
des Formhohlraums über
die gesamte innere Fläche
des Formhohlraums (abgesehen von der Einlassöffnung) eine durchschnittliche
Luftdurchlässigkeit
auf, die höher oder
gleich der Luftdurchlässigkeit
einer Metallplatte mit einer Dicke von 1 mm ist, und besitzen zylindrische
Perforationen mit einem Durchmesser von 1 mm, die 4 bis 60%, vorzugsweise
8 bis 40% und noch bevorzugter 12 bis 30% der Fläche der Metallplatte bedecken.
Mit anderen Worten, wenn ein Druckunterschied auf die Wände des
Formhohlraums ausgeübt
wird, wird eine gleiche oder höhere
Luftfließgeschwindigkeit
erhalten, als wenn dieser Druckunterschied über die Metallplatte über einem
Flächenbereich
ausgeübt
wird, der gleich dem Innenflächenbereich
der Wände
des Formhohlraums ist. Wenn ein Tuchmaterial an die Wände des
Formhohlraums angelegt wird, bevor das Gemisch aus Bindemittel und Partikeln
darin eingeführt
wird, muss die durchschnittliche Luftdurchlässigkeit der abgedeckten Wände in dieser
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung berücksichtigt
werden.
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Wie
in 8 dargestellt, weist das Gebläse 27 einen Auslass
auf, der an einen Gebläsekollektor 28 angeschlossen
ist, und einen Einlass, der über
einen Filter 29 an einen Ansaugkollektor 30 angeschlossen
ist. Der Gebläsekollektor 28 ist
mit einem Auslassventil 31 versehen, das es ermöglicht,
Gas an die Umgebung abzugeben, während
der Ansaugkollektor 30 mit einem Umgehungsventil 32 versehen ist,
das es ermöglicht,
zusätzliche
Luft aus der Umgebung anzusaugen. Zum Erzeugen des Gasflusses durch
den Formhohlraum sind die Öffnungen
in den Wänden 25 des
unteren Formteils in drei Zonen I, II, III angeordnet,
die jeweils durch eine Rohrleitung über Strombegrenzungsventile Ia , IIa und IIIa entweder über Sperrventile Ib , IIb und IIIb mit dem Gebläsekollektor 28 oder über Sperrventile Ic , IIc und IIIc mit dem Ansaugkollektor 30 verbunden
sind. In 8 ist eine gleiche Anzahl von
Strombegrenzungsventilen und Sperrventilen für den oberen Formteil dargestellt,
aber da dieser obere Formteil in den Zeichnungen nur aus dem perforierten
Deckel 26 besteht, der nicht in Zonen eingeteilt ist, werden
nur das Strombegrenzungsventil IVa und
die Sperrventile IVb und IVc verwendet.
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In
den Zeichnungen sind die vier Zonen der inneren Fläche des
Formhohlraums 10 nicht nur auf der Form selbst angegeben,
sondern in 1 auch auf dem Artikel 1 aus
geformtem und gebundenem Schaum.
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In 2 und 3 ist
deutlich zu erkennen, dass die Rohrleitungen, die von Gebläse- 28 und
Ansaugkollektor 30 wegführen,
in koaxialen Hohlräumen 33, 34, 35 enden,
die den unteren Teil der Form umschließen. Hohlraum 33 umgibt
Zone I bzw. den Bodenabschnitt der Form, Hohlraum 34 die
Zone II, die über
dem Bodenabschnitt liegt, und Hohlraum 35 die Zone III bzw.
den obersten Abschnitt des unteren Formteils. Für den oberen Formteil könnten ähnliche koaxiale
Hohlräume
bereitgestellt werden. Da in der Ausführungsform, die in den Zeichnungen
dargestellt ist, der obere Teil der Form nur aus dem perforierten Deckel
besteht, ist nur eine Rohrleitung mit einem einzigen Hohlraum 36 verbunden,
der über
der Form vorgesehen ist.
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Eine
besondere Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung wird anschließend
unter Bezugnahme auf 4 bis 7 beschrieben.
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In
einem ersten Schritt, der in 4 dargestellt
ist, wird der Einsatz 2 in der Form 14 positioniert,
und das Gemisch aus Partikeln und Bindemittel wird darin über die
Anpassungsvorrichtung 11 und die Einlassöffnung 13 eingeführt. Während dieses Befüllungsschritts
können
alle Hohlräume 33, 34, und 35 mit
dem Ansaugkollektor 30 so verbunden werden, dass Luft über die
gesamte innere Fläche 25 des
unteren Formteils aus dem Formhohlraum 10 angesaugt werden
kann. In jeder Zone I, II und III kann der
Luftstrom mittels der Strombegrenzungsventile Ia , IIa und IIIa angepasst
werden. Beim Befüllen
des Formhohlraums wird die Anpassungsvorrichtung entlang des Doppelpfeils 19 geschwenkt,
um das Gemisch über
den Formhohlraum zu verteilen, wobei mehr Partikel über der
linken Seite eingeführt
werden angesichts der größeren Tiefe
der Form auf dieser Seite. Während
des Befüllungsschritts
wird der Gasfluss durch den Formhohlraum 10 vorzugsweise
so kontrolliert, dass die Partikel direkt auf der inneren Fläche der
Form oder übereinander
abgelegt werden, wobei sie im wesentlichen nicht im Formhohlraum
zirkulieren. Mittels der Anpassungsvorrichtung 11 kann
das Gemisch daher in den erforderlichen Bereichen des Formhohlraums
abgelegt werden. In Bereichen, in denen eine größere Menge des Gemischs oder
eine größere Dichte
erforderlich ist, kann die Fließgeschwindigkeit
der Luft so erhöht
werden, dass eine höhere
Verdichtung in diesem Bereich erzielt wird. In gewissen Bereichen,
in denen eine geringere Dichte erforderlich ist, könnte man
sogar in Betracht ziehen, Luft in den Formhohlraum einzublasen,
indem die jeweilige Zone an den Gebläsekollektor angeschlossen wird.
Wenn eine höhere
Dichte beispielsweise in der unteren Zone des Formhohlraums erforderlich
ist, um starrere, nach unten vorspringende Teile zu erzielen, könnten die
Ventile IIa und IIIa beispielsweise geschlossen werden,
während
das Ventil Ia zu 100% geöffnet wird,
so dass das Gemisch gegen den Boden des Formhohlraums 10 gepresst wird.
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Wie
aus 4 ersichtlich ist, weist der Gemischstrom, der
in den Formhohlraum 10 durch die Einlassöffnung 13 eintritt,
einen Querschnitts-Oberflächenbereich
auf, der kleiner ist als der Flächenbereich
der Einlassöffnung.
Auf diese Weise kann der Gemischstrom innerhalb der Einlassöffnung bewegt werden,
um das Gemisch in den erforderlichen Bereichen in dem Formhohlraum
abzulegen, wobei das Gemisch daran gehindert wird, durch die Einlassöffnung neben
dem Strom des Gemischs zu entweichen, was auf die Tatsache zurückzuführen ist,
dass entlang des Gemischstroms ein Luftstrom durch die Einlassöffnung in
den Formhohlraum erzeugt wird. In 4 werden
beide Flächenbereiche
in einer horizontalen flachen Ebene durch die Einlassöffnung gemessen.
Im Allgemeinen müssen
die Flächenbereiche
in einer flachen Ebene durch die Einlassöffnung gemessen werden, die
sich parallel dazu erstreckt.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist es nicht nur möglich,
die Position des Gemischstroms in der Einlassöffnung zu kontrollieren, sondern
es ist auch möglich,
dessen Richtung und Form zu kontrollieren, insbesondere durch die
Schwenkbewegung der Anpassungsvorrichtung 11 und durch
die Bewegung der Klappen 20, 22 in der Anpassungsvorrichtung.
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Ein
vorteilhaftes Merkmal der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform
ist des Weiteren, dass die Einlassöffnung 13 in der oberen
Seite des Formhohlraums 10 vorgesehen ist. Ein Vorteil dieser
Ausführungsform
ist, dass das Gemisch in den Formhohlraum wenigstens teilweise durch
die Schwerkraft eingeführt
wird, und dass das Gemisch einfacher und genauer an den gewünschten
Stellen am Boden des Formhohlraums abgelegt werden kann. Beim Ansaugen
durch die Seitenwände
in den Zonen II und III wird ein Anteil des Gemischstroms
in den Formhohlraum durch diese Seitenwände so abgelenkt, dass das
Gemisch auch allmählich
an den Seitenwänden
abgelegt wird, wenn es in den Formhohlraum fällt. Wenn das Gemisch durch
eine Seitenwand eingeführt
wird, muss das Gemisch im Gegensatz dazu durch den Luftstrom über dem
Boden des Formhohlraums vorwärts
geblasen werden, wodurch es besonders im Fall von längeren Formhohlräumen schwieriger
wird, das Gemisch in den gewünschten Bereichen
abzulegen, da das Gemisch dazu neigt, sich durch Schwerkraft und
Reibung in einer gewissen Entfernung von der Einlassöffnung auf
dem Boden des Formhohlraums zu sammeln.
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Wenn
das Gemisch in den Formhohlraum eingeführt worden ist, wird der Deckel 26 auf
der Einlassöffnung 13 positioniert,
um diese Öffnung
zu schließen,
wie in 5 dargestellt. In diesem Schritt wird der Gasfluss
vorzugsweise beibehalten, bis die Form geschlossen ist. Auf diese
Weise bleibt das Gemisch komprimiert. Um zu vermeiden, dass wirbelnde
Gasbewegungen das Gemisch aus dem Formhohlraum herausblasen, wenn
der Deckel geschlossen wird, wird vorzugsweise ein perforierter
oder gasdurchlässiger
Deckel eingesetzt. Die Fließgeschwindigkeit
der Luft durch den Formhohlraum kann auch reduziert werden, sobald
das Gemisch in den Formhohlraum eingeführt worden ist, da für das Beibehalten
des komprimierten Gemischs eine geringere Kraft erforderlich ist
als für
das Komprimieren des Gemischs. Statt den nach unten gerichteten
Gasfluss fortzusetzen, bis der Formhohlraum geschlossen ist, ist
es ebenfalls möglich,
den Luftstrom zu stoppen, sobald der Formhohlraum gefüllt ist.
In diesem Fall muss die Öffnung
schneller geschlossen werden, weil sich das Gemisch wieder ausdehnt,
sobald der Luftstrom gestoppt wird, oder das Gemisch muss stärker komprimiert
werden als in 5 dargestellt, in der das Gemisch
im wesentlichen nicht aus der Einlassöffnung 13 herausragt.
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Im
nächsten
Schritt wird der Hohlraum 36 an der Oberseite der Form
geschlossen, und ein Luftstrom kann in eine andere Richtung durch
den Formhohlraum erzeugt werden, insbesondere in eine entgegen gesetzte
Richtung, so dass die Luft durch den perforierten Deckel aus dem
Formhohlraum herausfließt.
Anstatt perforiert zu sein, könnte
der Deckel auch aus einem gasdurchlässigen Material gefertigt sein,
wie zum Beispiel einem gesinterten Material. Wie in 6 dargestellt,
ist der obere Hohlraum 36 in diesem Schritt mit dem Ansaugkollektor 30 verbunden,
während
eine oder mehrere der unteren Hohlräume 33, 34, 35 mit
dem Ansauggebläse
verbunden sein können.
In diesem Schritt ist das Auslassventil 31 vorzugsweise
geöffnet,
so dass der Gebläsekollektor
unter atmosphärischem
Druck steht. In der in 6 dargestellten Ausführungsform
ist das Ventil Ia teilweise geschlossen,
so dass nur ein kleiner, nach oben gerichteter Luftstrom durch den
Boden erzeugt wird, (um zu vermeiden, dass die Dichte des Gemisches
in den vertieften Abschnitten des Bodens zu niedrig wird), das Ventil IIa ist vollständig geöffnet, und das Ventil IIIa ist geschlossen, so dass in diesem Schritt
insbesondere die Dichte in Zone II durch den Ansaugteil
des Gemischs in Zone IV, d.h. in dem Deckelabschnitt, reduziert
wird. Durch eine entsprechende Einstellung der verschiedenen Ventile
und durch Anpassen der Ansaugeinheit kann in diesem Schritt daher
eine im wesentlichen gleichförmige Dichte
erzielt werden, ungeachtet der Tatsache, dass während des Befüllungsschritts
ein Dichtegradient erzeugt wurde. Wenn ein Dichtegradient andererseits gewünscht wird,
beispielsweise eine höhere
Dichte in der Bodenzone I, könnten die Ventile IIa und IIIa geöffnet und
das Ventil Ia geschlossen werden,
so dass das meiste Gemisch während
dieses Schritts zum Optimieren der Dichte in Zone I bleibt.
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Nach
dem Schritt zum Optimieren der Dichte wird Dampf durch das Gemisch
geleitet, um das Bindemittel auszuhärten. Während dieses Bedampfungsschritts
können
die Ventile Ia und IVa geöffnet werden,
um einen nach oben gerichteten Gasfluss durch den Formhohlraum zu
erzeugen. Während
dieses Schritts kann in der oberen Zone IV eine weitere Komprimierung
der Schaumpartikel erzielt werden, entweder um eine gleichförmige Dichte
zu erhalten, oder um eine höhere
Dichte in dieser oberen Zone zu erhalten, um einen starreren oberen
Abschnitt des Artikel aus geformtem und gebundenem Schaum herzustellen.
Wie in 7 dargestellt ist, wird ein Abschnitt der Form
nach dem Bedampfungsschritt entfernt, und der geformte Artikel wird
entschalt.
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform wird
der Gasfluss durch den Formhohlraum, wenn er mit dem Gemisch befüllt wird,
durch Ansaugen von 100% dieses Gasflusses aus dem Formhohlraum erzeugt,
wobei das in den Formhohlraum eintretende Gas zu 100% unter atmosphärischem
Druck steht oder unter einem Druck, der etwas unter dem atmosphärischen
Druck liegt aufgrund der Luftmenge, die in den Formhohlraum gesaugt
wird. Anstatt den Gasfluss ausschließlich durch das Ansaugen von
Gas aus dem Formhohlraum zu erzeugen, könnte auch in Betracht gezogen
werden, eine Umhüllung
um den obersten Abschnitt der Form bereitzustellen, in der ein oben
genannter Umgebungsdruck geschaffen wird, beispielsweise ein Druck
von 1,5 bar oder weniger. In diesem Fall ist kein Ansaugen in dem
unteren Teil der Form erforderlich, jedoch werden zur besseren Kontrolle über die
Bereiche, in denen die Partikel in dem Formhohlraum abgelegt werden,
vorzugsweise mindestens 50% und bevorzugter mindestens 80% des Gasflusses
immer noch aus dem Formhohlraum herausgesaugt. Durch das Heraussaugen
des Gases aus dem Formhohlraum ist es insbesondere auch einfacher,
unerwünschte
Gaszirkulationen in dem Formhohlraum zu vermeiden, die eine gute
Kontrolle der Stellen behindern, an denen die Partikel abgelegt
werden.
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Wie
oben erläutert,
muss nicht die gesamte Luft unter atmosphärischem Druck oder einem etwas niedrigeren
Druck in den Formhohlraum eintreten, wenn der Formhohlraum befüllt wird.
Es ist auch möglich,
Luft unter einem höheren
Druck in gewisse Zonen in dem Formhohlraum einzublasen. In einer bevorzugten
Ausführungsform
treten mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 70% und noch bevorzugter
mindestens 90% des Gasflusses in den Formhohlraum unter atmosphärischem
oder etwas geringerem als atmosphärischem Druck ein.
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Ein
Merkmal des Verfahrens ist, dass das in den Formhohlraum eingeführte Gemisch
durch den Gasfluss so komprimiert wird, dass es sich in einem ersten
komprimierten Zustand befindet, wenn der Deckel 16 geschlossen
wird und ein Dichtegradient in dem Schaum vorhanden ist. In diesem
ersten komprimierten Zustand kann das Gemisch in einem solchen Ausmaß aus der Öffnung herausragen,
dass es durch den Deckel komprimiert wird, wenn er geschlossen wird.
Eine solche Situation kann insbesondere eintreten, wenn es sich
um eine relativ große, aber
flache Form handelt, wobei die Einlassöffnung einen großen Abschnitt
der breiten Seite der Form einnimmt. Auf diese Weise können hohe
Dichten, zumindest in gewissen Bereichen, durch die mechanische
Komprimierung des Gemischs erzielt werden. Wie in den Zeichnungen
dargestellt, kann das Gemisch auch in einer solchen Weise durch
den Gasfluss komprimiert werden, dass es durch den Deckel nicht
komprimiert wird, wenn er geschlossen wird. In einer bevorzugten
Ausführungsform
weist das Gemisch eine offenkundige Dichte von d kg/m3 vor
dem Einführen
in den Formhohlraum auf, und weist in dem ersten komprimierten Zustand
eine durchschnittliche Dichte von mindestens 1,5 × d kg/m3 und vorzugsweise von mindestens 2,0 × d kg/m3 auf. In der Praxis liegt die offenkundige
Dichte normalerweise zwischen 10 und 50 kg/m3,
während
das komprimierte Gemisch normalerweise eine Dichte von weniger als 250
kg/m3 besitzt. Die offenkundige Dichte hängt natürlich von
der Dichte des Schaums selbst ab, aber auch von der Größe der Schaumpartikel,
wobei kleinere Schaumpartikel normalerweise eine höhere Dichte
bereitstellen und daher weniger Komprimierung benötigen.
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Um
das Gemisch über
einen großen
Abschnitt der inneren Fläche
der Form komprimieren zu können,
insbesondere im wesentlichen über
die gesamte innere Fläche
der Form, wird der Gasfluss durch den Formhohlraum kontrolliert,
wenn das Gemisch in den Formhohlraum eingeführt wird, um über eine
vorab festgelegte Zeitspanne eine Mindest-Fließgeschwindigkeit zu erzielen,
die in normalen m3 Gas pro Minute angegeben
wird, von mindestens 500 mal, vorzugsweise mindestens 1000 mal und
am Bevorzugtesten 2000 mal das in m3 angegebene
innere Volumen V, das der Formhohlraum aufweist, wenn die Einlassöffnung geschlossen
ist. Beim Bestimmen des Volumens des Formhohlraums muss auch das
Volumen des oberen Formteils berücksichtigt
werden. Wenn nach dem Befüllen
des Formhohlraums eine mechanische Komprimierung des Gemischs vorgenommen
wird, beispielsweise mittels Schiebern oder gleitenden Formwänden, muss
das Volumen des Formhohlraums vor einer solchen mechanischen Komprimierung
bestimmt werden.
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Wenn
der Gasfluss beim Befüllen
des Formhohlraums nicht kontrolliert wird, nimmt die Fließgeschwindigkeit
natürlich
in Abhängigkeit
von der Menge des in den Formhohlraum eingeführten Gemischs ab. In einer
bevorzugten Ausführungsform
werden die oben beschriebenen Fließgeschwindigkeiten nicht nur
in einer ersten Phase erreicht, wenn der Formhohlraum befüllt wird,
sondern auch, wenn alle Partikel in den Formhohlraum eingeführt worden sind.
Infolgedessen, wie bereits oben erläutert, kann die Fließgeschwindigkeit
reduziert werden bzw. kann der Gasfluss sogar vollkommen gestoppt
werden, wenn die Form geschlossen wird.
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Um
unerwünschte
Luftzirkulationen in dem Formhohlraum beim Einführen des Gemischs einfacher
zu vermeiden, besitzt die Einlassöffnung einen relativ großen Oberflächenbereich,
der gemessen wird entlang einer flachen Ebene durch die Einlassöffnung und
dazu parallel. Wenn der Formhohlraum, parallel zu der flachen Ebene
gemessen, einen Querschnitts-Oberflächenbereich besitzt, der zwischen
einem Mindest- und einem Höchstwert
liegt, ist der vorab festgelegte Oberflächenbereich der Einlassöffnung insbesondere
mindestens gleich 30%, vorzugsweise 45% und bevorzugter 60% des
maximalen Querschnitts-Oberflächenbereichs
des Formhohlraums.
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In
der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform und unter Bezugnahme
insbesondere auf 1 weist die Einlassöffnung einen
Oberflächenbereich
von etwa 184 cm2 (= 23 × 8 cm) auf, während der
Formhohlraum einen maximalen Querschnitts-Oberflächenbereich, im Wesentlichen
am Übergang
von Zone I und II, von etwa 280 cm2 aufweist.
Der Oberflächenbereich
der Einlassöffnung beträgt daher
im wesentlichen 65% des maximalen Querschnitts-Oberflächenbereichs
des Formhohlraums.
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Im
Hinblick darauf, eine gute mechanische Verteilung des Gemischs in
dem Formhohlraum zu ermöglichen,
ist der Oberflächenbereich
der Einlassöffnung,
gemessen entlang der flachen Ebene, des weiteren relativ groß in Bezug
auf den Oberflächenbereich
des Artikels aus geformten und gebundenem Schaum. Der Oberflächenbereich
der Einlassöffnung umfasst
insbesondere mindestens 3%, vorzugsweise mindestens 5% und noch
bevorzugter mindestens 8% des Oberflächenbereichs des Artikels aus
geformtem und gebundenem Schaum. In dem in den Zeichnungen dargestellten
Beispiel weist die Kopfstütze
beispielsweise eine Gesamtoberfläche
von etwa 1250 cm2 auf, so dass der Oberflächenbereich der
Einlassöffnung
(etwa 184 cm2) etwa 14% dieses Oberflächenbereichs
umfasst.
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Beispiel 1
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Mit
der in den Zeichnungen dargestellten Einrichtung wurde eine Kopfstütze gefertigt,
welche die oben beschriebenen Abmessungen und ein Volumen von 3,8
l aufweist. Verwendet wurde ein Gemisch aus 50% Massenanteil von
Flocken eines Polyurethanschaums mit einer Dichte von 25 kg/m3 und einem ILD40-Wert von 150 und aus 50%
Massenanteil von Flocken eines Polyurethanschaums mit einer Dichte
von 35 kg/m3 und einem ILD40-Wert von 180. Die
Flocken wurden durch einen Zerkleinerungsvorgang vorbereitet, in
welchem die Flocken mit einer geringeren Größe aLs 10 mm mittels eines 10-mm-Siebs
entfernt wurden. Die Flocken wurden mit einem Polyurethan-Vorpolymer
als Bindemittel (100% Massenanteil der Flocken) gemischt, um 270 g
des Gemischs herzustellen. Dieses Gemisch wies eine offenkundige
Dichte von 25,6 kg/m3 auf. Die hergestellte
Kopfstütze
wies eine Dichte von 70 kg/m3 auf, so dass
das Gemisch letztendlich mit einem Kompressionsfaktor von 2,8 komprimiert
wurde.
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Das
Gemisch wurde mittels der vibrierenden Rinne in den Formhohlraum
eingeführt,
während
ein Luftstrom durch diesen erzeugt wurde, indem die Zonen I, II und III des
unteren Formteils an den Ansaugkollektor angeschlossen wurden. Die
Gebläseeinheit wurde
auf 40% ihrer Höchstkapazität eingestellt,
und das Ventil Ia wurde zu 75%
geöffnet,
während
die Ventile IIa und IIIa vollständig geöffnet wurden. Das Auslassventil 31 wurde
geöffnet
und die Umgehung wurde geschlossen.
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Der
Formhohlraum wurde in etwa 55 Sekunden befüllt. Während des Befüllens ging
die Fließgeschwindigkeit
von etwa 13 m3/min auf etwa 8,5 m3/min zurück,
d.h. von etwa 3420 mal das Formvolumen pro Minute auf etwa 2235
mal das Formvolumen pro Minute. Beim Befüllen des Formhohlraums war
ersichtlich, dass alle Flocken direkt auf der inneren Fläche der
Form und übereinander
so abgelegt wurden, dass die Stelle, an der die Flocken abgelegt wurden,
durch Schwenken der Anpassungsvorrichtung sehr gut kontrolliert
werden konnte.
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Nach
dem Befüllen
wurde das Ventil Ia weiter auf
50% geschlossen, und die Kapazität
der Gebläseeinheit
wurde um 20% reduziert. Auf diese Weise wurde das Gemisch im wesentlichen
auf gleicher Ebene mit der Einlassöffnung gehalten, wenn der Deckel
geschlossen wurde. Dieser Schließschritt dauerte etwa 10 Sekunden.
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Anschließend wurde
der Hohlraum 36 oben an der Form geschlossen und wurde über das
Ventil IVa , das zu 100% geöffnet war,
an den Ansaugkollektor angeschlossen. Ventil IIIa war
jetzt geschlossen, Ventil IIa blieb
zu 100% geöffnet
und Ventil Ia wurde nur zu 10%
offen gehalten. Die Zonen I, II und III des unteren
Formteils wurden an den Gebläsekollektor angeschlossen,
indem die Ventile Ic , IIc und IIIc geschlossen
und die Ventile Ib , IIb und IIIb geöffnet wurden.
Da das Auslassventil 31 geöffnet blieb, war der Druck
in dem Gebläsekollektor
im Wesentlichen gleich dem atmosphärischen Druck. Die Kapazität der Gebläseeinheit
wurde in diesem Schritt auf 25% eingestellt. Dieser Schritt zum
Optimieren der Dichte wurde 20 Sekunden lang ausgeführt.
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Anschließend wurde
das Bindemittel mittels Dampf ausgehärtet, der in den Hohlraum 33 unter
der Bodenzone I des Formhohlraums injiziert wurde. Alle Ventile
wurden geschlossen, ausgenommen Ventil Ia , (das
zu 100% geöffnet
und an den Gebläsekollektor angeschlossen
wurde, der über
das offene Auslassventil unter atmosphärischem Druck stand), und Ventil IVa , (das zu 40% geöffnet und an den Ansaugkollektor
angeschlossen wurde, um den Dampf durch den Formhohlraum anzusaugen).
In diesem Bedampfungsschritt wurde die Kapazität der Gebläseeinheit auf 50% eingestellt.
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Nach
dem Bedampfungsvorgang wurde der Artikel aus geformtem und gebundenem
Schaum entschalt. Dichtemessungen haben gezeigt, dass eine ziemlich
gleichförmige
Schaumdichte in dem Artikel erzielt wurde. Es wurde insbesondere
beobachtet, dass sowohl in den engeren Vertiefungen im Boden des
Formhohlraums als auch im oberen Abschnitt der Form eine Dichte
erzielt wurde, die im Wesentlichen gleich der Gesamtdichte des Artikels
war, den Metalleinsatz natürlich
nicht eingeschlossen.
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Beispiel II
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Beispiel
I wurde wiederholt, jedoch wurde der Luftstrom durch den Formhohlraum
kontrolliert, um eine höhere
Dichte in der Bodenzone I zu erzielen.
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Während des
Befüllungsschritts
wurde die Kapazität
der Gebläseeinheit
auf 50% eingestellt und nur Ventil Ia ,
(das an den Ansaugkollektor 30 angeschlossen wurde), wurde
vollständig
geöffnet,
während
die anderen Ventile geschlossen wurden. Das Befüllen des Formhohlraums dauerte
20 Sekunden. Beim Schließen
des Deckels wurde die Kapazität
der Gebläseeinheit
auf 20% reduziert, nur Ventil Ia wurde offen
gehalten. Während
des anschließenden Schritts
zum Optimieren der Dichte, der 10 Sekunden lang ausgeführt wurde,
wurde Ventil IVa zu 100% geöffnet und
an den Ansaugkollektor 30 angeschlossen, während Ventil Ia zu 100% geöffnet blieb, aber jetzt über Ventil Ib an den Gebläsekollektor 28 angeschlossen
wurde, der aufgrund des offenen Auslassventils 31 unter
atmosphärischem
Druck gehalten wurde. Die Kapazität der Gebläseeinheit wurde in diesem Schritt
auf 10% eingestellt.
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Der
Bedampfungsschritt wurde anschließend wie in Beispiel I ausgeführt.
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Dichtemessungen
ergaben die folgenden durchschnittlichen Dichten (kg/m
3)
in den verschiedenen Zonen des Artikels aus geformtem und gebundenem
Schaum:
Zone I | :
84,5 |
Zone II | :
74,1 |
Zone III | :
58,8 |
Zone IV | :
61,3 |
-
Aus
diesem Beispiel geht hervor, dass das erfindungsgemäße Verfahren
es ermöglicht,
in einem Bodenabschnitt des Artikels aus geformtem und gebundenem
Schaum eine höhere
Dichte zu erzielen.
-
Beispiel II
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Beispiel
I wurde wiederholt, jedoch wurde der Luftstrom durch den Formhohlraum
kontrolliert, um eine höhere
Dichte in der oberen Zone IV zu erzielen.
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Während des
Befüllungsschritts
wurde die Kapazität
der Gebläseeinheit
auf 50% eingestellt und nur Ventil Ia ,
(das an den Ansaugkollektor 30 angeschlossen wurde), wurde
vollständig
geöffnet,
während
die anderen Ventile geschlossen wurden. Das Befüllen des Formhohlraums dauerte
20 Sekunden. Beim Schließen
des Deckels wurde die Kapazität
der Gebläseeinheit
auf 20% reduziert, nur Ventil Ia wurde offen
gehalten. Während
des anschließenden Schritts
zum Optimieren der Dichte, der 10 Sekunden lang ausgeführt wurde,
wurde Ventil IVa zu 100% geöffnet und
an den Ansaugkollektor 30 angeschlossen, während Ventil Ia zu 100% geöffnet blieb, aber jetzt über Ventil Ib an den Gebläsekollektor 28 angeschlossen
wurde, der aufgrund des offenen Auslassventils 31 unter
atmosphärischem
Druck gehalten wurde. Die Kapazität der Gebläseeinheit wurde in diesem Schritt
auf 40% eingestellt.
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Der
Bedampfungsschritt wurde anschließend wie in Beispiel I ausgeführt.
-
Dichtemessungen
ergaben die folgenden durchschnittlichen Dichten (kg/m
3)
in den verschiedenen Zonen des Artikels aus geformtem und gebundenem
Schaum:
Zone I | :
68,1 |
Zone II | :
73,5 |
Zone III | :
64,2 |
Zone IV | :
89,5 |
-
Aus
diesem Beispiel geht hervor, dass das erfindungsgemäße Verfahren
es ermöglicht,
in einem oberen Abschnitt des Artikels aus geformtem und gebundenem
Schaum eine höhere
Dichte zu erzielen.