DE69735137T2

DE69735137T2 - Vorrichtung zum profilieren der oberfläche von gegenständen aus kunststoffschaum

Info

Publication number: DE69735137T2
Application number: DE69735137T
Authority: DE
Inventors: Denys Bear DENNEY
Original assignee: Foamex LP
Current assignee: FXI Inc
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1997-08-01
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2017-08-02
Also published as: CA2260081C; EP0921915B1; US6477931B1; ES2257777T3; EP0921915A4; WO1998005480A1; DE69735137D1; ATE315984T1; EP0921915A1; US5819631A; CA2260081A1; HK1021957A1

Description

Die folgende Erfindung betrifft Maschinen zum Schneiden und Formen synthetischer Schaumstoffe und insbesondere Schaumstoffschneidmaschinen, die speziell für eine effektive Oberflächenkontur elastischer synthetischer Schaumstoffe angepasst wurden, unter anderem eine Schneidmaschine, die zwischen Oberflächenkontur und konventionellen Profilanwendungen umgerüstet werden kann.
Gegenwärtiger Stand der Technik
Die Profilierung von kompressiblem synthetischem Schaumstoff ist ein bekannter Prozess, bei dem eine Bahn elastischen Schaumstoffmaterials zwischen zwei Profilwalzen zusammengedrückt und in zusammengedrücktem Zustand gegen ein Schneidmesser gedrückt wird. Die Profilwalzen haben in der Regel Zähne, die in den Spalt bzw. Abstand zwischen den Walzen eingreifen. Der zwischen den eingreifenden Zähnen zusammengedrückte Schaumstoff wird entlang der Mittellinie der Schaumstoffbahn in zwei Bahnen gleicher Dicke geteilt. Wenn die entstehenden beiden Bahnen nicht mehr zusammengedrückt werden, dehnen sich die Oberflächen der beiden Schaumstoffbahnen, die durch Teilung der Originalbahn entstan den sind, so, dass sie ähnliche Oberflächen mit wechselnden Erhöhungen und Vertiefungen bilden, die zueinander geometrisch seitenverkehrt sind. Für diesen Zweck entwickelte Profilmaschinen sind von verschiedenen Anbietern im Handel erhältlich. Der grundlegende Aufbau all dieser Profilmaschinen ist ähnlich. Profilmaschinen bestehen aus zwei Walzen gleichen Durchmessers, wobei beide Walzen ein Oberflächenmuster bzw. eine Geometrie haben, die so gewählt wurde, dass das Schaumstoffmaterial entsprechend der gewünschten Oberflächengeometrie zusammengedrückt wird und bei Teilung der Schaumstoffbahn spiegelbildlich profilierte Oberflächen entstehen. Eine solche Profilmaschine wird im US-Patent 3,730,031 von Werner Huttemann beschrieben. Ein anderes Merkmal solcher Profilmaschinen ist, dass die beiden Walzen exakt synchron zueinander angetrieben werden müssen. Drehzahlabweichungen zwischen den Walzen führen zu geometrischen Verzerrungen der profilierten Oberflächen oder zum Reißen des Schaumstoffs. Selbst sehr geringe Schwankungen der relativen Drehzahl der Walzen führen zu derartigen Verzerrungen so, dass das entstehende Schaumstoffprodukt kommerziell wertlos ist. Um dieses Problem zu vermeiden, nutzen konventionelle Profilmaschinen eine Zahnradanordnung, bei der beide Walzen synchron durch einen einzigen Antriebsmotor gedreht werden.
Das US-Patent Nr. 5688538 beschreibt einen Apparat für eine dreidimensionale Oberflächenformung synthetischer Schaumstoffe, bei der der Schaumstoff zwischen einer Musterwalze und einer weichen Druckwalze zusammengedrückt und gegen eine Schneidkante gedrückt wird, die sich unmittelbar neben und tangential zur Oberfläche der Musterwalze befindet, aber in einem bestimmten Abstand zur Andruckwalze, um eine dreidimensionale Oberfläche entsprechend der Musterwalze für die Schaumstoffbahn zu erzeugen
Das US-Patent 5,534,208 offenbart ein Verfahren zur Formung elastischer Schaumstoffmaterialien, das sich von konventionellen Profilierverfahren dadurch unterscheidet, dass das Schaumstoffmaterial entsprechend einer gewünschten Oberflächengeometrie geformt oder konturiert wird, indem selektiv Teile des Schaumstoffmaterials unter einem Schneidmesser zusammengedrückt werden und die nicht zusammengedrückten Teile des Schaumstoffs abgeschnitten werden. Dieser Prozess unterscheidet sich von der Profilierung darin, dass der Schaumstoff selektiv von der vorhandenen Fläche der Originalschaumstoffbahn entfernt wird, wobei in der Regel die Dicke des gewünschten Schaumstoffprodukts im Wesentlichen der Dicke der Originalschaumstoffbahn entspricht. Der Oberflächenkonturprozess unterscheidet sich von konventionellen Profilierungen weiterhin dadurch, dass dreidimensionale Schaumstoffflächen beliebiger Geometrie mit einer hohen Wiedergabetreue produziert werden können, weil die Schnittkante sich in unmittelbarer Nähe der Oberfläche der Musterwalze bzw. Matrizenoberfläche befindet, so dass sich zwischen der Schneidkante und der Musterfläche nur Schaumstoff geringer Dicke befindet. Bei konventionellen Profiliermaschinen dagegen wird Schaumstoff mit erheblicher Dicke zwischen die Profilwalzen und die Schneidkante gedrückt, so dass die Wiedergabetreue der Walzengeometrie auf der entstehenden Profiloberfläche schlechter ist. Scharte Kanten der Profilwalzen werden als weiche Kurven auf der Profilfläche reproduziert. Das Schaumstoffoberflächenkonturverfahren, das in dem Patent 5,534,208 offen gelegt wird, kann dagegen eine große Vielzahl scharfkantiger Oberflächengeometrien exakt produzieren, die mit den bisher bekannten Profilierverfahren nicht möglich waren. Diese und weitere Vorteile des spezifischen Oberflächenkonturprozesses werden in der Spezifikation für dieses Patent beschrieben.
Der Schaumstoffoberflächenkonturprozess in dem Patent 5,534,208 wurde ursprünglich auf einer konventionellen handelsüblichen Profiliermaschine eingesetzt die für den neuen Prozess durch Austausch einer Musterwalze und einer glatten Andrückwalze für konventionelle Profilwalzen umgerüstet wurde. Die Musterwalze und die Andruckwalze konnten durch den unveränderten Originalmotor angetrieben werden, so dass beide Walzen mit gleicher Drehzahl durch einen Motor der Originalmaschine angetrieben wurden. Diese Anordnung erwies sich bei relativ geringen Walzgeschwindigkeiten und relativ groben Mustergeometrien als günstig.
Bei der konventionellen Profilierung von Schaumstoffen wird das Messer in der Regel in deutlichem Abstand hinter dem Punkt angeordnet, an dem der Walzenspalt am geringsten ist, und außerdem in gleichem Abstand zu beiden Walzen, da die dicke Schaumstoffbahn in zwei gleiche Hälfte geteilt wird. In der Regel werden die Profilwalzen in einem Abstand von 25 mm und das Schneidmesser in der Mitte des Spalts mit einem Abstand von je 12,5 mm zu jeder Walze angeordnet. Außerdem ist der Abstand des Messers hinter dem minimalen Walzenspalt in der Regel innerhalb eines erheblichen Positionsbereichs nicht kritisch.
Wie in dem Patent 5,534,208 erläutert, erfordert eine Oberflächenkonturierung des Schaumstoffmaterials, dass das Schneidmesser eine tangentiale Position zur Musterwalze hat. Bei einer üblichen Oberflächenkonturierung ist die Schneidkante des Messers so positioniert, dass von der Schaumstoffbahn wenig oder kaum Schaumstoff abgetragen wird, ausgenommen den Schaumstoff, der entsprechend der Oberfläche der Musterwalze in die Erhöhungen oder Vertiefungen gedrückt wird. Die optimale Anordnung dieses Tangentialpunkts an der Musterwalze ist der Punkt des minimalen Walzenabstands zwischen den beiden Walzen, an dem der Schaumstoff maximal zusammengedrückt wird. Daher muss das Messer weiter vorn angeordnet werden, d. h. näher an die Walzen und nahezu oder in direktem Kontakt mit der Oberfläche der Musterwalze. Die im Handel erhältlichen Profilschneidmaschinen erlauben eine Neupositionierung des Messers in kürzerem oder längerem Abstand von den Walzen und auch eine individuelle Höhenverstellung nach oben oder unten zwischen Maschinenrahmen und Messer. Infolgedessen kann die Schneidkante tangential zur Musterwalze in der Originalprofilschneidmaschine durch verschiedene Einstellungen von Messer und Walze angeordnet werden.
Der Oberflächenkonturprozess des Patents 5 534 208 ergibt eine effiziente Produktion von Schaumstoffartikeln diverser Art. Manche Artikel werden bei einer Umdrehung der Musterwalze zugeschnitten, größere Artikel erfordern eine Musterwalze mit größerem Umfang. Große Musterwalzen sind bei den handelsüblichen Maschinen, die ursprünglich zur Schaumstoffprofilierung entwickelt wurden, nur unter Einschränkungen nutzbar. Erstens sind konventionelle Profilschneidmaschinen so ausgelegt, dass beide Walzen sich mit der gleichen Drehzahl drehen. Eine Änderung des Durchmessers der Musterwalze erfordert daher eine analoge Änderung des Durchmessers der Andruckwalze, wenn der Originalantriebsmechanismus der Profilschneidemaschine für die Oberflächenkonturierung genutzt wird. Größere Musterwalzen erfordern Walzenabmessungen, die größer sind als beim konventionellen Profilieren; die Vergrößerung stößt dort an ihre Grenzen, wo es nicht mehr möglich ist, das Schneidmesser in die optimale tangentiale Position für die Oberflächenkonturierung zu bringen. Die Begründung hierfür liegt in zwei Eigenheiten, die allen handelsüblichen bekannten Profilschneidmaschinen gemeinsam sind. Einmal sind die Einstellungsmöglichkeiten für das Schneidmesser, d. h. die Einstellung des Abstands zu den Walzen in der Schnittebene des Messers, sehr begrenzt, in der Regel nicht mehr als 13 mm. Zweitens erfolgt die Anhebung oder Absenkung jeder Walze mit einer entsprechenden Indexführung, die geneigt ist, in der Regel in einem Winkel von 12 bis 15° zur Vertikalen in einer Richtung vom Schneidmesser weg, da die Walze von der Schnittebene weg verschoben wird. Diese Schrägstellung der Walzenindexführungen ist vorteilhaft, weil der Schaumstoff zwischen den Walzen zusammengedrückt wird und die Walzen infolgedessen auseinander gedrückt werden; die Walzen werden jedoch nicht einfach in einer Richtung quer zur Schnittebene weggedrückt, sondern stattdessen elastisch auch leicht abweichend vom Schneidmesser. Die Druckkraft der Walzen enthält daher auch einen Kraftvektor, der den zusammengedrückten Schaumstoff zur Kante des Schneidmessers drückt und somit die Schneidfunktion des Messers verbessert.
Die Geometrie dieser handelsüblichen Profilschneidmaschinen begrenzt jedoch ihre Eignung für Oberflächenkonturanwendungen. Mit zunehmendem Durchmesser der Walzen muss die Achse der Walzen notwendigerweise in größerem Abstand von der Schnittebene des Messers angeordnet werden. Das heißt, die Achsen der Walzen werden ebenfalls vom Messer weg verschoben, und der kleinste Abstand zwischen den beiden Walzen wird in gleicher Weise weiter von dem Messer in Richtung der Messerschnittebene verschoben. Da die Messer bei den handelsüblichen Profilmaschinen nur in begrenztem Umfang einstellbar sind, ist schnell der Punkt erreicht, bei dem die Walzen keinen größeren Durchmesser mehr haben können, weil es nicht möglich ist, das Messer an dem optimalen tangentialen Kontaktpunkt anzubringen und zugleich die Musterwalze an oder in der unmittelbaren Nähe des minimalen Spaltabstands zwischen den Walzen, an dem der Schaumstoff maximal zusammengedrückt wird.
Eine nicht modifizierte kommerzielle Profilmaschine kann für Oberflächenkonturen mit kleineren Musterwalzengrößen und Andruckwalzen mit gleichem Durchmesser verwendet werden, die vollen Vorteile der Oberflächenkonturierung werden jedoch nur mit einer Schaumstoffschneidmaschine erreicht, die an die Anforderungen dieses Prozesses angepasst ist
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die oben erwähnte Notwendigkeit, bei einer Schaumstoffschneidmaschine eine Musterwalze und eine Andruckwalze mit unterschiedlichen Durchmessern einzusetzen, die jeweils mit anderen Musterwalzen bzw. Andruckwalzen unterschiedlicher Durchmesser austauschbar sind und an abweisend geneigten Walzenindexführungen an einem Maschinenrahmen zur Rotation auf parallel zueinander verlaufenden Achsen montiert sind, die somit einen Spalt bilden, und eine Schneidkante, die zum Schneiden des durch Drehung der Walzen durch diesen Spalt transportierte Material montiert ist; und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erster und zweiter Antriebsmotor für die Musterwalze bzw. Andruckwalze vorhanden ist; wobei eine an dem ersten und zweiten Antriebsmotor angeschlossene Steuerung die unabhängige Steuerung der Drehzahl dieser Walzen erlaubt, wobei diese Steuerung einstellbar ist, um die Oberflächenrotationsgeschwindigkeit dieser Walzen anzupassen, wenn der Durchmesser der Musterwalze wesentlich größer ist als der Durchmesser der Andruckwalze. Die Andruckwalze hat eine im Wesentlichen glatte, zylindrische Oberfläche
In der gegenwärtig bevorzugten Form der Erfindung besitzt die Maschine eine Antriebskupplung, beispielsweise ein Getriebe, das zwischen den Antriebsmotoren und den Walzen angeordnet ist. Die Kupplungseinheit hat eine auswählbare erste und zweite Betriebsart, um die Maschine zwischen dem Betrieb für die Schaumstoffoberflächenkonturierung und der Schaumstoffprofilierung umschaltbar zu machen. Die erste Betriebsart erlaubt eine unabhängige Kupplung jedes Motors mit jeweils einer Walze, in der zweiten Betriebsart wird nur einer der Antriebsmotoren für beide Walzen eingesetzt. In der zweiten Betriebsart sind beide Walzen vorzugsweise zur gemeinsamen Rotation miteinander zu koppeln.
Die Kupplungseinheit kann ein Getriebe enthalten, in dem eine der Walzen normalerweise durch einen Antriebsmotor gedreht wird, und ein Zahnrad, das zwischen einer ersten und einer zweiten Position entsprechend der ersten und zweiten Betriebsart wählbar positioniert werden kann
Bei einer zweiten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ist eine Methode zur Umrüstung einer Profilschneidemaschine für den Einsatz als Schaumstoffoberflächenkonturmaschine vorgesehen, wobei diese Profilschneidemaschine ein Paar Profilwalzen besitzt, die mit anderen Walzen anderer Durchmesser ausgetauscht werden können und schräg geneigt auf Walzenindexführungen montiert sowie durch einen Einzelmotor angetrieben werden, wobei ein Messer zum Schneiden des Schaumstoffmaterials, das durch diese Walzen zugeführt wird, vorhanden ist, und folgende Verbesserung erreicht wird:
Die Profilwalzen werden durch eine Andruckwalze und eine Musterwalze ersetzt, wobei die Musterwalze einen Durchmesser besitzt, der wesentlich größer ist als der Durchmesser der Andruckwalze;
das Messer wird im Wesentlichen tangential zur Musterwalze angeordnet; es wird ein Antrieb mit zwei Motoren anstelle des Antriebs mit einem Motor verwendet, wobei der Antrieb mit zwei Motoren so konzipiert ist, dass die Andruckwalze und die Musterwalze unabhängig voneinander angetrieben werden; und
es werden Vorrichtungen vorgesehen, um die Oberflächenrotationsgeschwindigkeiten der Andruckwalze und der Musterwalze im Wesentlichen auszugleichen.
Beispielsweise wird die erste Walze immer durch den ersten Antriebsmotor angetrieben, und in der ersten Position treibt das verschiebbare Zahnrad den zweiten Antriebsmotor für die zweite Walze an. In dieser ersten Betriebsart werden die Walzen unabhängig voneinander durch die entsprechenden Antriebsmotoren gedreht. In der zweiten Position greift das verschiebbare Zahnrad des ersten Antriebsmotors als Antrieb auch in die zweite Walze ein, vorzugsweise durch mechanische Kopplung der Rotation der zweiten Walze mit der ersten Walze. In dieser zweiten Betriebsart werden beide Walzen nur durch den ersten Motor angetrieben.
Das verschiebbare Zahnrad kann in axialer Richtung zwischen seinen beiden Positionen beispielsweise auf einer Trägerwelle, verschoben werden.
Diese und andere Funktionen, Vorteile und Verbesserungen gemäß dieser Erfindung sind unter Bezugnahme auf die ausführliche Beschreibung und die Bezeichnungen besser verständlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen:
1 zeigt eine perspektivische Darstellung der Oberflächenkonturmaschine dieser Erfindung von der Ausgabeseite bzw. Ausgangsseite der Walzen;
2 ist eine Teilansicht der Eingabe bzw. Zuführungsseite der Oberflächenkonturmaschine aus 1, im Teilschnitt, um die Kupplungswellen zwischen Getriebe und Walzen darzustellen,
3 ist ein Auszug der Vorderansicht des Getriebes und zeigt das verschiebbare Zahnrad für den Betrieb als Profilmaschine,
4 ist ebenso wie 3 eine Ansicht, die das verschiebbare Zahnrad in der Position für den Betrieb als Oberflächenkonturmaschine zeigt,
5 stellt einen Ausschnitt aus dem Getriebe in der Schnittebene 5-5 von 4 dar,
6 ist ein Auszug aus Schnittebene 6-6 in 4 und zeigt die Anordnung des Griffs für die Auswahl der Betriebsarten des Getriebes;
7 zeigt schematisch die Geometrie des Tangenskontaktpunkts des Messers zu den schrägen Walzenindexführungen;
8 zeigt schematisch eine Schaumstoffbahn, deren Oberfläche zwischen Musterwalze und Andruckwalze konturiert wird, und
9 ein Blockdiagramm der Steuerung für die beiden Motoren der Oberflächenkonturmaschine in 1.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsarten.
Unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen zeigt 1 eine Schaumstoffoberflächenkonturmaschine mit der Ziffer 10 entsprechend der vorliegenden Erfindung. Die Oberflächenkonturmaschine 10 wird durch Modifikation einer handelsüblichen Schaumstoffprofilschneidmaschine hergestellt. Die handelsübliche Maschine besitzt einen Maschinenrahmen 12 mit Aufnahmen für eine obere Walze und eine untere Walze im Rahmen. Ein Schaumstoffzuführungstisch 18 an der Zuführungs- oder Aufnahmeseite der Walzen dient zur Ausrichtung der Schaumstoffbahn mit einem Spalt 20 zwischen den Walzen. Ein Messer 22 ist an der Ausgabe- oder Ausgangsseite der Walzen angeordnet. Das Schneidmesser 22 ist ein durchgehendes Schneidmesser, das durch einen Motor 21 angetrieben wird, und besitzt eine Oberkante 22a mit einer Schneidkante, die zu Spalt 20 zeigt, und einer unteren Gleitkante 22b.
Die Originalprofilschneidmaschine besitzt ein Gehäuse 32, das in der Originalausführung einen Getriebemotor enthält (in den Zeichnungen nicht dargestellt), der zwei Abtriebswellen hat. Ohne Modifikation sind die Abtriebswellen des Getriebemotors für den Antrieb von zwei Profilwalzen ähnlicher Abmessungen durch die Kupplungswellen 34 und 36 gekoppelt. Die Drehgelenke 38 und 40 verbinden die Kupplungswelle mit der entsprechenden Abtriebswelle des Getriebemotors und der entsprechenden Achse der Walze. Die Drehgelenke erlauben eine Neupositionierung der Walzen weiter oben oder unten im Maschinenrahmen 12, ohne die Kupplung mit dem Motorantrieb zu lösen. Die Kupplungswellen sind so konstruiert, dass sie durch eine Teleskopbewegung bei dieser Neupositionierung auf die entsprechende Länge eingestellt werden können.
Gemäß dieser Erfindung werden die Originalprofilwalzen der handelsüblichen Profilschneidmaschine durch eine Andruckwalze und einer Musterwalze der Oberflächenkonturmaschine 10 ersetzt. In 1 ist die obere Walze eine Andruckwalze 14 mit glatter, zylindrischer Oberfläche. Die untere Walze ist eine Musterwalze 16 und besitzt eine dreidimensionale Oberflächengeometrie, die die Oberflächenkontur des entstehenden Schaumstoffprodukts, wie in Patent 5,534,208 beschrieben, bestimmt. Die Walzen 14 und 16 sind in einem Abstand zueinander angeordnet und bilden einen Spalt 20, dessen Breite unter anderem von der Dicke und Festigkeit des zu schneidenden Schaumstoffs abhängt. Üblicherweise beträgt die Breite des Spalts 20 etwa 6,35 mm.
Wie bereits in dieser Beschreibung erläutert, besitzt die handelsübliche Profilschneidmaschine Walzenindexführungen, die eine Einstellung des Walzenabstands erlauben, d. h. eine Änderung der Spaltbreite zwischen den Walzen, und außerdem bei Walzen verschiedener Abmessungen die Verwendung anderer Montagepunkte unterstützen. Die obere und untere Walzenindexführung ist in 7 durch die Schräglinien A bzw. B dargestellt, die sich in der horizontalen Schnittebene C des Messers 22 schneiden. Die Linien A und B bilden jeweils einen Winkel von 15° mit einer Linie lotrecht zur Schnittebene.
Für die Oberflächenkonturierung muss der tangentiale Kontaktpunkt zwischen Schneidmesser 22 und Musterwalze im optimalen Fall möglichst nahe an dem Punkt liegen, an dem der Schaumstoff zwischen den Walzen 14 und 16 maximal zusammengedrückt wird, dies entspricht dem Punkt mit dem minimalen Abstand beider Walzen. In der vorangehenden Beschreibung wurde auf die Einschränkung hingewiesen, dass die schrägen Walzenindexführungen zugleich den horizontalen Einstellbereich der Schneidmesserposition einschränken; bei der modifizierten Maschine 10 wird dies vermieden, indem der Durchmesser der Andruckwalze 14 im Verhältnis zum Durchmesser der Musterwalze 16 deutlich kleiner ist. Dies bewirkt, dass der Punkt mit dem minimalen Walzenabstand näher an der Schneidkante des Messers 22 liegt, als es bei einer Andruckwalze der Fall wäre, die den gleichen Durchmesser hat wie die Musterwalze.
Dieser Effekt wird in 7 durch den Abstand zwischen den Linien t₁ und t₂ dargestellt. Linie t₁ ist der Tangentialpunkt zwischen der Messerschnittebene C und der Musterwalze 16, wenn die Andruckwalze den gleichen Durchmesser besitzt wie die Musterwalze 16. Die Position des Tangentialpunkts t₁ hängt davon ab, wo der Spalt 20 bei den gleich großen Walzen am geringsten ist. Tangentialpunkt t₁ liegt auf einer Linie, die lotrecht zur Schnittebene C verläuft und die Mittelpunkte der gleich großen Walzen verbindet.
Linie t₂ zeigt den Tangentialpunkt des Messers, wenn eine Andruckwalze 12 mit kleinerem Durchmesser verwendet wird. Der Punkt, an dem Spalt 20 am geringsten ist, verschiebt sich in der Zeichnung nach rechts zum Messer 22, so dass auch der optimale Tangentialpunkt für das Messer weiter rechts liegt. Durch diese modifizierte Walzengeometrie liegt der Tangentialpunkt für das Messer bei Musterwalzen mit größerem Durchmesser optimal innerhalb des vorhandenen horizontalen Einstellbereichs für das Schneidmesser 22. Eine Andruckwalze mit einem Durchmesser von 120 mm erwies sich für Musterwalzen mit Durchmessern zwischen 203 mm und 305 mm als günstig.
Der Motorantrieb der kommerziell erhältlichen Profilschneidmaschinen ist speziell für den Antrieb von zwei Walzen mit gleichem Durchmesser ausgebildet. Bei Walzen mit unterschiedlichen Durchmessern muss ein Motorantrieb eingesetzt werden, der die beiden Walzen unabhängig voneinander und mit verschiedenen Wellendrehzahlen dreht, um die Oberflächenrotationsgeschwindigkeiten der beiden Walzen anzupassen. Geschieht dies nicht, bewegen sich die obere und untere Fläche der Schaumstoffbahn, die zwischen den Walzen zusammengedrückt wird, mit verschiedenen Geschwindigkeiten, so dass es zu einer Verzerrung des entsprechenden Oberflächenmusters oder sogar zum Riss des Schaumstoffs kommt.
Für die vorliegende Erfindung wird die im Handel erhältliche Profilschneidemaschine entsprechend weiter dadurch modifiziert, dass ein doppelter Motorantrieb 24 eingesetzt wird, der die Oberflächenrotationsgeschwindigkeit der unterschiedlich dimensionierten Walzen anpasst. Der Motorantrieb 24 entsprechend 1 und 2 enthält einen oberen Antriebsmotor 26 und einen unteren Antriebsmotor 28 sowie ein Getriebe 30. Der doppelte Motorantrieb 24 wird anstelle des einen Originalgetriebemotors der handelsüblichen Maschine eingesetzt.
In 3 besitzt das Getriebe 30 ein Getriebegehäuse 42 mit den gegenüberliegenden Seiten 44a und 44b. Eine untere Antriebswelle 46 ist über ein Gelenk in der Seitenwand 44b mit einem Wälzlager 48 gelagert. Die untere Antriebswelle 46 trägt ein unteres Antriebszahnrad 54 und ist über die Öffnung 52a in Seitenwand 44a mit einer Motorantriebswelle 56 über die Kupplungshälfte 58 gekoppelt. Eine obere Antriebswelle 60 ist in Seitenwand 44a durch ein Wälzlager 62 gelagert und reicht durch Öffnung 68 durch Seitenwand 44b hindurch.
Die obere Antriebswelle 60 trägt eine verschiebbare Zahnradbaugruppe 65 mit zwei Zahnrädern 64 und 66, die miteinander durch Schraube 67 verbunden sind. Die Zahnräder 64 und 66 sind mit einem Keil 69 auf Welle 60 fixiert, der radial aus der Welle hervorsteht und in einen entsprechenden radialen Schlitz jedes Zahnrades eingreift. Die Zahnradbaugruppe 65 kann sich jedoch als Baugruppe in axialer Richtung auf dem Keil 69 auf Welle 60 zwischen zwei Endlagen beliebig verschieben. Die gleitende Zahnradbaugruppe 65 wird zwischen ihrer linken und rechten Lage mit einem Griff 68 verschoben, der durch einen horizontalen Schlitz 70 in der Vorderwand 73 des Getriebegehäuses 42 aus dem Getriebegehäuse ragt, wie in 6 dargestellt, und am inneren Ende eine Gabel 72 trägt, die seitlich in einem Bundring 74 angebracht ist, der mit der verschiebbaren Zahnradbaugruppe 65 wie in 3 und 4 verbunden ist. Eine Zwischenwelle 76 wird in den beiden Wänden 44a und 44b in Wälzlagern 78 gehalten, und ein verschiebbares Zahnrad 80 ist zur Rotation mit Welle 68 auf dieser mit einem Keil fixiert. Das Zwischenzahnrad 80 greift in das obere Antriebszahnrad 82, das an der oberen Motorantriebswelle 84 mit einem Keil fixiert ist, die durch Öffnung 88 in das Getriebegehäuse führt.
Die beiden Endpositionen der verschiebbaren Zahnräder 64 und 66 sind in den 3 und 4 dargestellt. In der Position in 3 befindet sich die verschiebbare Zahnradeinheit 65 in der rechten Endlage und im Eingriff mit dem ersten Zahntrieb, bestehend aus den Zahnrädern 66 und 54, wobei Zahnrad 66 im Eingriff mit dem unteren Antriebszahnrad 54 ist, und Zahnrad 64 frei ist. Bei dieser Position des Mechanismus sind die obere und untere Walzenantriebswelle 46 und 60 miteinander verriegelt, so dass sie synchron laufen, und die Antriebswelle 60 der oberen Walze dreht sich entsprechend der Rotation der unteren Antriebswelle 46, die durch die Antriebswelle des unteren Antriebsmotors 56 gedreht wird. Bei dieser Betriebsart arbeitet das Getriebe 30 analog zur Betriebsart des Originalgetriebemotors der handelsüblichen Profilschneidmaschine, das heißt, beide Walzen werden durch einen Antriebsmotor gedreht, und die Walzen sind miteinander gekoppelt. Bei dieser Betriebsart arbeitet das Getriebe in der Betriebsart Profilierung und treibt ein Paar konventioneller Profilwalzen mit gleichem Durchmesser an.
In 4 befindet sich die verschiebbare Zahnradeinheit 65 mit den beiden Zahnrädern 64 und 66 in der linken Endlage. In diesem Zustand greift Zahnrad 64 in das Zwischenzahnrad 80, während Zahnrad 66 sich unabhängig von dem unteren Antriebszahnrad 54 drehen kann und die Drehung der unteren Antriebswelle 46 ignoriert. Die obere Motorantriebswelle 76 ist jetzt zur Drehung der Antriebswelle 60 für die obere Walze über einen zweiten Zahnradtrieb mit dem oberen Motorantriebszahnrad 82, dem Zwischenzahnrad 80 und dem Zahnrad 64 der verschiebbaren Zahnradbaugruppe angeschlossen. Bei dieser Betriebsart übernimmt das Getriebe den Antrieb der beiden Walzen unabhängig voneinander, wobei jede Walze von einem anderen Antriebsmotor angetrieben wird. Dies ist die Betriebsart Oberflächenkonturierung des Getriebes für eine Andruck- und Musterwalze mit unterschiedlichen Durchmessern entsprechend 7.
In jeder Betriebsart gibt es für das Getriebe ein einheitliches Übersetzungsverhältnis zwischen den Motorantriebswellen und den Walzenantriebswellen.
In der Betriebsart Oberflächenkonturierung muss die Oberflächenrotationsgeschwindigkeit der Andruck- und der Musterwalze trotz des unterschiedlichen Durchmessers genau in Übereinstimmung gebracht werden, damit eine Verzerrung oder ein Riss des Schaumstoffmaterials, das zwischen den Walzen zusammengedrückt wird, vermieden wird. Dies wird teilweise durch Reduzierung der Drehzahl des Antriebsmotors und teilweise durch eine elektronische Drehzahlregelung der Antriebsmotoren erreicht.
In dervorliegenden bevorzugten Ausführung der Erfindung werden als Antriebsmotoren Gleichstrommotoren mit 2300 U/min eingesetzt. Der obere Antriebsmotor 26 hat eine Leistung von 3,7 kW (dreikommasieben Kilowatt), der untere Antriebsmotor 28 von 5,6 kW (fünfkommasechs Kilowatt). Die Motoren sind mit den entsprechenden Getriebeantriebswellen 76 und 56 über rechtwinklige Getriebe 27, 29 verbunden, die teilweise in 1 dargestellt sind. Das obere Getriebe 27 hat ein Übersetzungsverhältnis von 24:1, das untere Getriebe 29 von 50:1. Durch diese unterschiedlichen Übersetzungen ergibt sich ein Drehzahlverhältnis von etwa 2:1 für die beiden Walzen 14 und 16. Bei den bevorzugten Walzenabmessungen, wie oben erwähnt, hat die obere Andruckwalze 14 im Allgemeinen einen Durchmesser, der halb so groß ist wie der Durchmesser der Musterwalze 16, so dass die größere Drehzahl der Andruckwalze für diese Walze eine Oberflächenrotationsgeschwindigkeit ergibt, die in erster Näherung der Oberflächenrotationsgeschwindigkeit der größeren, aber langsameren Musterwalze entspricht.
Eine Feineinstellung sowohl der absoluten als auch der relativen Walzendrehzahlen wird durch eine elektronische Motorregelung, wie im Blockdiagramm in 9 dargestellt, erreicht. Jeder Gleichstromantriebsmotor 26 und 28 erhält eine Gleichspannung über einen elektronischen Motorantrieb 90a und 90b. Jeder elektronische Motorantrieb wiederum wird durch einen entsprechenden elektronischen Regler 92a, 92b angesteuert. Für jeden Regler 92a, 92b gibt es einen digitalen Tastatureingang 94a, 94b zur Eingabe der Solldrehzahl für den entsprechenden Antriebsmotor. Jeder Regler empfängt ein Eingangssignal, das der Motordrehzahl eines magnetischen Drehgeber 93 entspricht, der an dem betreffenden Motor angebaut ist, und den Motorantrieb auf Einhaltung der Sollmotordrehzahl kontrolliert. Die beiden Regler sind als Master und Slave miteinander verbunden, wie der doppelte Richtungspfeil 95 andeutet, d. h. der obere Antriebsmotor 26 dient als "Slave" für den unteren Antriebsmotor 28. Das heißt, die Absolutdrehzahl der beiden Walzen 14 und 16 wird über die Solldrehzahl am Regler 92b des unteren Motors festgelegt. Eine Feineinstellung der Oberflächenrotationsgeschwindigkeit der oberen Walze im Verhältnis zur unteren Walze kann daher durch Erhöhung oder Verringerung der Drehzahl, beispielsweise im Bereich von plus oder minus fünf Prozent erfolgen, da der Regler 92a des oberen Motors exakt die Oberflächenrotationsgeschwindigkeit der beiden Walzen aufeinander abgleicht. Geeignete Motoren, Motorantriebe und elektronische Regler für das in 9 beschriebene System sowie Winkelgetriebe 27, 29 sind im Handel von einer Vielzahl von Herstellern und Anbietern erhältlich. Beispielsweise können Gleichstrommotoren von Baldor mit Gleichstromantrieben der Firma Fincor angesteuert werden, die mit einer Leistung von 7,4 kW für die oben angegebenen Motorleistungen ausreichen und mit M-Trim-Reglern von Fenner geregelt werden. Geeignete Winkelgetriebe sind beispielsweise von EuroDrive lieferbar.
Wie in 8 dargestellt, drücken in der Betriebsart Oberflächenkonturierung der Maschine 10 die beiden Walzen 14 und 16 eine Bahn Schaumstoff 100, d. h. normalerweise eine Endlosbahn von einer großen Rolle, zusammen und drücken den zusammengedrückten Schaumstoff gegen die Schneidkante von Messer 22. Die Ausgabe der Oberflächenkonturmaschine 10 hängt davon ab, welcher Artikel produziert werden soll. Das erzeugte Produkt kann ebenfalls als Endlosbahn vorliegen, beispielsweise als konturierte Schaumstoffunterlage für Fußbodenbeläge, oder aus einzelnen Teilen bestehen, die aus der Originalendlosbahn geschnitten werden, beispielsweise Schaumstoffunterlagenzuschnitte und Oberflächenkonturen für die Bodenwanne eines Autos unter dem Bodenbelag. Das erste Beispiel wird in 8 gezeigt, hierbei ist das erwünschte Produkt 102 eine Endlosschaumstoffbahn, die zwischen der Andruckwalze 14 und dem Schneidmesser 22 durchläuft und in die Musterwalze 16 gedrückt wird. Anschließend wird das Material, das vom Messer abgeschnitten wurde, als Endlosbahn 104 als Abfallschaumstoff entfernt. Bei dem zweiten Beispiel, das in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, ist das erwünschte Produkt das in die entsprechend geformten Vertiefungen an der Oberfläche der Musterwalze eingedrückte Schaumstoffmaterial, das aus einer Endlosbahn geschnitten wird, d. h., bei jeder Umdrehung der Musterwalze entsteht ein Artikel, und die restlichen Teile der Endlosbahn sind Abfall. In letzterem Fall ist die Dicke des erwünschten Artikels im Wesentlichen identisch mit der Gesamtdicke des Ausgangsschaumstoffmaterials 100, um Abfälle zu minimieren.
Die besten Ergebnisse bei der Oberflächenkonturierung erfordern eine gewisse Einstellung des Tangentialkontaktpunkts für das Schneidmesser 22 in Bezug auf die Musterwalzenfläche bzw. in Bezug auf den Punkt mit dem geringsten Abstand zwischen den Walzen. Die optimale Position des Tangentialkompaktpunkts schwankt in einem relativ engen Bereich, je nach Art und Härte des zu schneidenden Schaumstoffs und dem Durchmesser der Musterwalze. Für jede Kombination der Parameter kann der Einrichtungsprozess mit einigen ersten Versuchen verbunden sein, um für die Produktionsdurchläufe die optimalen Maschineneinstellungen zu ermitteln. In den meisten Fällen hat die Kante des Schneidmessers Kontakt mit der Oberfläche der Musterwalze, so dass Teile der Originaloberfläche des Schaumstoffmaterials in der Konturfläche bleiben. Unter bestimmten Umständen kann es jedoch wünschenswert sein, das Schneidmesser so einzustellen, dass es keinen direkten Kontakt, sondern einen geringen Abstand hat. Wenn beispielsweise separate Schnitte aus isolierten Flächen des Schaumstoffmaterials erforderlich sind, so dass die entfernten Schaumstoffteile nicht durch das Oberflächenmuster verbunden sind, kann es wünschenswert sein, eine dünne kontinuierliche Schaumstofflage von der Originalfläche des Schaumstoffmaterials zu schneiden, so dass eine dünne Bahn entsteht, die die ausgeschnittenen Schaumstoffteile der einzelnen Flächen verbindet, so dass das Abfallmaterial einfach abgeführt und als kontinuierliche Bahn entsorgt werden kann. In diesem Fall kann die Schneidkante des Messers 22 auf einen Abstand von 0,03 bis 0,05 mm beispielsweise von der Oberfläche der Musterwalze eingestellt werden.
Die entsprechend dieser Erfindung modifizierte Maschine 10 kann ohne weiteres von der Oberflächenkonturierung auf Profilierung umgerüstet werden und ist im Prinzip eine für zwei Einsatzfälle geeignete Maschine. Die Umrüstung erfolgt einfach durch Wechsel der Walzen und Auswahl der gewünschten Betriebsart für den Motorantrieb 24, in dem der Griff 68 in die entsprechende Position am Getriebe gestellt wird.
Bei einer anderen Form der Erfindung wird eine handelsübliche Profilschneidemaschine dauerhaft als Oberflächenkonturmaschine umgerüstet, indem ein axial an der oberen Antriebswelle 60 der oberen Walze axial befestigtes Zahnrad anstelle der verschiebbaren Zahnradeinheit 65 eingebaut wird. Das feste Zahnrad kann in der Position des Zahnrads 64 in 4 fixiert werden, so dass die beiden Antriebswellen 46 und 60 für die beiden Walzen immer unabhängig voneinander durch jeweils einen der beiden Antriebsmotoren 26 und 28, wie oben im Zusammenhang mit der Betriebsart Oberflächenkonturierung des Getriebes 30 beschrieben, betrieben werden können.

Claims

1. Schaumstoffschneidemaschine (10) mit Musterwalze (16) und einer Andruckwalze (14), von denen jede durch entsprechende Muster- und Andruckwalzen anderer Durchmesser austauschbar ist und auf Indizierführungen mit sich öffnenden Walzen auf einem Maschinenrahmen zur Rotation über parallel verlaufende Achsen montiert ist, sodass dazwischen ein Spalt (20) sowie eine Schneidkante (22) vorhanden sind, die so montiert ist, dass durch die Rotation dieser Walzen das zu schneidende Material durch den Spalt gezogen wird; gekennzeichnet durch einen ersten und zweiten Antriebsmotor (26, 28) zum Antrieb der Muster- bzw. Andruckwalze sowie einer Steuervorrichtung (92), die mit dem ersten und zweiten Antriebsmotor (26, 28) zur unabhängigen Steuerung der Drehzahl der Walzen verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung einstellbar ist und die Umfangdrehzahl der Walzen anpassen kann, wenn der Durchmesser der Musterwalze wesentlich größer ist als der Durchmesser der Andruckwalze.

Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckwalze (14) eine im Wesentlichen glatte zylindrische Oberfläche besitzt.

Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (24) eine Einstellung der Umfangdrehzahl der ersten und zweiten Walze (16, 14) relativ zueinander erlaubt.

Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung (30) zwischen dem ersten und zweiten Antriebsmotor (26, 28) und den Walzen (14, 16) angeordnet und für diese Kupplung eine erste und zweite Betriebsart auswählbar ist, und in der ersten Betriebsart der Kupplung jeder Motor (26, 28) eine der Walzen (14, 16) und in der zweiten Betriebsart der Kupplung nur einer der Antriebsmotoren beide Walzen antreibt.

Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung aus einem Zahnradtrieb (30) besteht, der die Antriebsverbindung zwischen den Antriebsmotoren (26, 28) und den Walzen (14, 16) herstellt, wobei ein Zahnrad (65) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position entsprechend der ersten bzw. der zweiten Betriebsart verschiebbar ist.

Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (65) in axialer Richtung zwischen der ersten und zweiten Position verschiebbar ist.

Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung aus einem Zahnradtrieb (30) besteht, der die Antriebsverbindung herstellt und eine mechanisch gekoppelte Rotation der Walzen in der zweiten Betriebsart sicherstellt, wobei der Zahnradtrieb ein Zahnrad (65) enthält, das in dem Zahnradtrieb verschiebbar ist und die Antriebsverbindung mit den Walzen zum voneinander unabhängigen Antrieb über den ersten bzw. zweiten Antriebsmotor (26, 28) in der erwähnten ersten Betriebsart herstellt.

Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung aus einem Zahnradtrieb (30) besteht, an dem eine erste oder zweite Betriebsart ausgewählt werden kann und in der ersten Betriebsart die Walzen (14, 16) mechanisch so miteinander gekoppelt sind, dass sie durch einen der Antriebsmotoren (28) gedreht werden können, und in der zweiten Betriebsart eine Antriebsverbindung zwischen den Walzen und jedem der Antriebsmotoren (26, 28) zur unabhängigen Drehung voneinander herstellt wird.

Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe aus einem Zahnrad (65) besteht, das zur gekoppelten Drehung beider Walzen in der ersten Betriebsart und zur Antriebskraftübertragung auf eine zweite Walze (14) in der zweiten Betriebsart verschiebbar ist, wobei der zweite Antriebsmotor (26) die andere Walze (16) unabhängig dreht.

Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (65) in Axialrichtung so verschiebbar ist, dass die erste oder zweite Betriebsart ausgewählt werden kann.

Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Musterwalze einen deutlich größeren Durchmesser als die Andruckwalze hat und Muster- oder An druckwalze oder beide jeweils durch andere Musterwalzen oder Andruckwalzen anderer Durchmesser austauschbar sind.

Verfahren zur Umwandlung einer Profilschneidmaschine in eine Schaumstoffoberflächenkonturmaschine, wobei die Profilschneidmaschine ein Paar Profilwalzen besitzt, die durch andere Walzen anderer Durchmesser austauschbar sind, die in sich öffnenden Walzenindexführungen montiert sind und durch einen Motor angetrieben werden und vor diesen Walzen ein Messer zum Schneiden des Schaumstoffs vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Profilwalzen durch eine Andruckwalze (14) und eine Musterwalze (16) ersetztbar sind und der Durchmesser der Musterwalze deutlich größer ist als der Durchmesser der Andruckwalze; – die Positionierung des Messers (22) im Wesentlichen tangential zur Musterwalze (16) erfolgt; – anstelle eines Einzelmotorantriebs ein doppelter Motorantrieb (24, 90) vorgesehen und dieser doppelte Motorantrieb (24, 90) so angeordnet ist, dass der Antrieb der Andruckwalze und der Musterwalze unabhängig voneinander erfolgt und – Vorrichtungen (30, 92) zur nahezu vollständigen Anpassung der Umfangdrehzahlen der Andruckwalze (14) und der Musterwalze (16) vorgesehen sind.