DE69828441T2

DE69828441T2 - Verfahren sowie vorrichtung zur herstellung einer kontinuierlichen bahn aus einem block

Info

Publication number: DE69828441T2
Application number: DE1998628441
Authority: DE
Inventors: Albert David SABATELLI; Zell Charles SMITH; John Robert STELLER; Richard Eric WILHELM
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2018-09-23
Also published as: KR20010024279A; EP1042106A1; EP1042106B1; DE69828441D1; AU8994998A; JP2001518399A; ATE285880T1; US6269724B1; JP4230105B2; CA2304164A1; WO1999016593A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von kontinuierlichen Flächengebilden oder Bahnen von Materialien. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf die Herstellung von kontinuierlichen Flächengebilden oder Bahnen aus monolithischem Schaumblock.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Entwicklung von absorbierenden Artikeln für die Verwendung als Einwegwindeln, Erwachsenen-Inkontinenzpads und -einlagen und Katamneseprodukten, wie Damenbinden, ist Gegenstand erheblichen wirtschaftlichen Interesses. Die Fähigkeit, absorbierende Artikel mit größerer Leistungsfähigkeit zu schaffen, geht primär einher mit der Fähigkeit, hoch absorbierende Kerne oder Strukturen zu entwickeln, die große Mengen ausgeschiedener Körperfluide, wie Urin, annehmen, verteilen und speichern können.
Offenzellige polymere Schäume sind ein Beispiel von absorbierenden Materialien, die in der Lage sind, große Mengen ausgeschiedener Körperfluide anzunehmen, zu verteilen und zu speichern. Absorbierende Artikel, welche solche Schäume enthalten, können eine wünschenswerte Nassfestigkeit besitzen, können einen geeigneten Sitz über die gesamte Tragedauer des Artikels bereit stellen und können Veränderungen in der Form während der Benutzung minimieren (z.B. ein unkontrolliertes Quellen, Knautschen). Zudem können absorbierende Artikel, die solche Schaumstrukturen enthalten leichter in wirtschaftlichem Maßstab hergestellt werden. Zum Beispiel können absorbierende Windelkerne einfach aus kontinuierlichen Schaum-Flächengebilden ausgestanzt werden und können so gestaltet werden, dass sie eine beachtlich größere Integrität und Gleichförmigkeit haben, als absorbierende Faser bahnen. Solche Schäume können auch in einer beliebig gewünschten Form präpariert werden oder sogar in einstückige Windeln geformt werden.
Besonders geeignete absorbierende Schäume für absorbierende Artikel mit hoher Leistungsfähigkeit, wie Windeln, wurden hergestellt aus Emulsionen mit hoher innerer Phase (nachfolgend bezeichnet als "HIPE"). Siehe zum Beispiel US Patent 5,260,345 (DesMarais et al.), veröffentlicht am 09. November 1993, und US Patent 5,268,224 (DesMarais et al.), veröffentlicht am 07. Dezember 1993, die hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sind. Diese absorbierenden HIPE-Schäume liefern erwünschte Fluidhandhabungseigenschaften, einschließlich: (a) relativ gute Ansaug- und Fluidverteilungseigenschaften, um das eingesaugt Urin oder andere Körperfluid von der anfänglichen Auftreffzone in andere Regionen der Schaumstruktur zu transportieren, so dass nachfolgende Schwalle eines Fluids aufgenommen werden können; und (b) eine relativ hohe Speicherkapazität mit relativ hoher Fluidkapazität unter Last, das heißt, unter Kompressionskräften.
Wenn sie in Flächengebilde oder Bahnen geformt werden, sind die absorbierende HIPE-Schäume auch ausreichend flexibel und weich, so dass sie einen hohen Grad an Komfort für den Träger des absorbierenden Artikels schaffen; einige können relativ dünn herstellt werden, bis sie nachfolgend von dem absorbierten Körperfluid benässt werden. Siehe auch US Patent 5;147,345 (Young et al.), veröffentlicht am 15. September 1992, und US Patent 5,318,554 (Young et al.), veröffentlicht am 07. Juni 1994, welche absorbierende Kerne offenbarten, die eine Flüssigkeitsannahme/Verteilungs-Komponente haben, die ein hydrophiler, flexibler, offenzelliger Schaum sein kann, wie ein Melamin-Formaldehydschaum (z.B. BASOTECT, hergestellt durch BASF) und eine Fluidspeicher/Neuverteilungs-Kompoonente, die ein auf einer HIPE basierender absorbierender Schaum ist.
Gegenwärtig wird die HIPE-Schaumproduktion chargenweise behandelt, indem eine Emulsion mit großer innerer Phase in großen Wannen oder Bottichen ausgehärtet (polymerisiert) wird. Einmal ausgehärtet, ist der resultierende Materialblock ein mit Wasser gefüllter, offenzelliger Schaum. Mit Wasser gefüllt ist gemeint, dass die poröse Struktur im Wesentlichen mit dem restlichen Wasserphasenmaterial gefüllt ist, das verwendet wurde, um die HIPE zu präparieren. Das restliche Wasserphasenmaterial (im Allgemeinen eine wässrigen Lösung aus Elektrolyt, Restemulgator und Polymerisationsinitiator) beträgt typischerweise etwa 96-99 Gew.% des gehärteten HIPE-Schaumes. Der ausgehärtete Schaumblock ist vorzugsweise von im Wesentlichen zylindrischer Form, wobei die Form durch die Gestalt der Wanne oder des Bottichs bestimmt wird, welche im Wesentlichen eine Gießform darstellt. In einem typischen Chargenprozess an der ausgehärtete, mit Wasser gefüllte Schaumblock im Wesentlichen ein zylindrische Form mit in etwa 40-60 Inch Durchmesser, in etwa 24 Inch Höhe und mit einem Gewicht von 500-2000 Pfund.
Für die Verwendung in absorbierenden Artikeln als Teil eines absorbierenden Kerns wird der Block des mit Wasser gefüllten Schaums in relativ dünne Flächengebilde geformt und entwässert. Die polymerisierte HIPE-Schaum wird typischerweise geschnitten oder in Scheiben zerlegt, um so Flächengebilden mit einer Dicke im Bereich von etwa 0,08 bis etwa 2,5 cm zu erzeugen. Es wird vorgezogen, dass der polymerisierte HIPE-Schaum in Flächenform geschnitten oder in Scheiben zerlegt wird, bevor die Entwässerung erfolgt, da Flächengebilde des polymerisierten HIPE-Schaums leichter während nachfolgender Behandlungs/Wasch- und Entwässerungsschritten zu behandeln sind.
Es wird auch vorgezogen, dass kontinuierliche Bahnen aus entwässertem Schaummaterial geformt werden und in einen Rollenvorrat umgewandelt werden, der für eine nachfolgende Verarbeitung in einem kontinuierliche Prozess in absorbierende Kerne geeignet ist. Gegenwärtige Verfahren des Schneidens und in Scheiben Zerlegens eines Blockes aus ausgehärtetem Schaum erlaubt jedoch nicht ein Schneiden in im Wesentlichen kontinuierliche Bahnen oder Flächengebilde des Materials. Aufgrund der Größe, des Gewichts und der strukturellen Integrität des mit Wasser gefüllten, porösen Blocks nach dem Aushärten ist das Ausbilden kontinuierlicher Bahnen gleichförmiger Dicke wirtschaftlich nicht praktisch umsetzbar oder tech nisch nicht machbar. Zum Beispiel erfordert das Gewicht und die strukturelle Integrität des Schaumblockes, dass dieser während einer nachfolgenden Bearbeitung vollständig abgestützt wird, und zwar einschließlich dem Schneiden und in Scheiben Zerlegen von kontinuierlichen Bahnen oder Flächengebilden. Eine solche Konfiguration biete sich nicht gerade selbst dafür an, durch bekannte Zerlege- oder Schneidetechniken geschnitten zu werden.
Kontinuierliche Bahnen von gleichförmiger Dicke können hergestellt werden, indem um den Umfang eines zylindrischen Blocks herum geschnitten wird. Falls der Block jedoch an seiner zylindrischen Basis voll abgestützt werden muss, sind diese Techniken nicht geeignet, da sie eine vertikal schneidende Klinge erfordern, deren Enden oberhalb und unterhalb des Blocks abgestützt sein sollte. Es gibt jedoch keinen Platz für eine Klingenhalterung unterhalb des Blockes, und zwar aufgrund der notwendigen Abstützplatte oder Plattform. Eine hin und her gehende Klinge, die nur an dem oberen Ende abgestützt ist, zum Beispiel eine "Säbel"-Säge, kann verwendet werden, aber eine solche Klinge benötigt nach wie vor etwas Spiel, wenigstens in gleichem Maße, wie der Stoßlänge unterhalb des Materials, das geschnitten wird. Deshalb ist, da die Größe und das Gewicht des Blocks die praktikablen Optionen zum Herstellen kontinuierlicher Bahnen darauf beschränken, ein Schaben oder Schneiden um seinen Umfang herum zu erlauben, die technisch machbare Verarbeitung kontinuierlicher Materialbahnen durch herkömmliche Verfahren, wie ein Schraubstockschneiden und durch ein Schneiden unter Verwendung von herkömmlichen Sägen, beschränkt.
Ein zusätzliches Problem, welches zu bewältigen ist, wenn versucht wird, kontinuierliche Bahnen aus einem im Wesentlichen zylindrischen Block eines mit Wasser gefüllten HIPE-Materials zu schneiden, ist die nachfolgende Bahnhandhabung, um eine Rollenvorrat von Bahnen zu bilden. Mit Wasser gefüllte HIPE-Schaumbahnen werden vorzugsweise entwässert, bevor sie in einen Rollenvorrat aufgewickelt werden. Das Entwässern der kontinuierlichen Bahn kann in einer Anzahl von Wegen herbei geführt werden, einschließlich einem Ausdrücken zwischen einer Reihe von Entwässerungspaltwalzen, einer Saugkraft mit Hilfe von Vakuum-Förderern, oder einem Trocknen durch Strahlungs- oder Konvektionswärme. Im Allgemeinen benötigt eine solche Bahnbearbeitung, dass die Bahn mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird, um zuverlässige und wiederholbare Trocknungsergebnisse zu erzielen. Deshalb wird ein Schneiden oder Abschaben einer kontinuierlichen Bahn aus mit Wasser gefüllten HIPE-Schaum vom Umfang eines zylindrischen Blocks aus vorzugsweise herbei geführt, wenn der Block sich mit einer konstanten Tangentialgeschwindigkeit dreht, statt mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit.
Die DE 1 045 638 offenbart eine Vorrichtung, die zum Bilden einer kontinuierlichen Bahn aus einem Block eines elastischen Materials geeignet ist. Die Vorrichtung umfasst eine drehbare Platte und eine Klinge, die parallel zur zentralen Achse des Blocks positioniert ist und ein Varschubmittel zum linearen Vermindern eines vorbestimmten Abstandes der Klinge von der zentralen Achse.
Demgemäß wäre es wünschenswert, in der Lage zu sein, kontinuierliche Materialbahnen aus einem monolithischen Materialblock zu formen.
Zudem wäre es wünschenswert, in der Lage zu sein, kontinuierliche Materialbahnen aus einem monolithischen Block zu formen, der auf einer Platte oder einer Plattform abgestützt ist.
Zusätzlich wäre es wünschenswert, in der Lage zu sein, eine kontinuierliche Bahn eines mit Wasser gefüllten HIPE-Schaummaterials aus einem ausgehärteten Block eines Schaummaterials zu formen.
Ferner wäre es wünschenswert, in der Läge zu sein, kontinuierliche Bahnen eines Schaummaterials in einem automatischen Prozess zu formen, derart., dass Bahnen von gleichförmiger Dicke mit einer gleichförmigen Lineargeschwindigkeit hergestellt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Formen einer kontinuierlichen Materialbahn aus einem Materialblock. Der Block ist vorzugsweise ein zylindrischer Block mit einer Basis und einer im wesentlichen vertikalen zentralen Achse, die sich im Wesentlichen senkrecht von der Basis erstreckt. Die Vorrichtung umfasst eine drehbare Platte, derart, dass der Block drehend abgestützt werden kann, und Mittel zum Verschieben von Teilen des Blocks, die einen verschobenen Bereich nahe der Basis des Blocks begrenzen. Eine Klinge ist im Wesentlichen parallel zur zentralen Achse des Blocks positioniert, wobei die Klinge so positioniert ist, dass sie in einem vorbestimmten Abstand von der zentralen Achse in den Block schneidet. Die Klinge hat einen Bereich, der operativ innerhalb des verschobenen Teils des Blocks angeordnet ist. Die Vorrichtung umfasst auch Drehmittel zum Drehen der Platte; sowie Vorschubmittel zum linearen Vermindern des vorbestimmten Abstands der Klinge von der zentralen Achse. Es ist ein Kontrollmittel enthalten, um die Klinge und die Platte in einer operativen Beziehung zusteuern, derart, dass die kontinuierliche Bahn erzeugt wird, wenn die Drehplatte gedreht wird, während der vorbestimmte Abstand der Klinge von der zentralen Achse kontinuierliche vermindert wird.
Ein Verfahren zum Formen einer kontiniuierlichen Materialbahn aus einem Materialblock mit einer Basis und einer im Wesentlichen vertikalen zentralen Achse, die sich im Wesentlichen senkrecht von der Basis aus erstreckt, ist auch offenbart. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens eines Blocks, der an seiner Basis auf einer drehbaren Platte abgestützt ist, welche einen Teil des Blocks nahe der Basis verschiebt. Das Verfahren umfasst auch ein Bereitstellen einer Schneidklinge, die im Wesentlichen parallel zur zentralen Achse angeordnet ist; und ein Führen des Blocks in die Schneidklinge, indem die drehbare Platte linear vorgeschoben wird, während sich der Block auf der drehbaren Platte derart dreht, dass eine kontinuierliche Bahn erzeugt wird, wenn die Schneidklinge in einem im Wesentlichen Spiralweg durch den zylindrischen Block schneidet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Obwohl die Beschreibung mit Ansprüchen zusammenpasst, welche die vorliegende Erfindung besonders heraus stellen und deutlich beanspruchen, wird angenommen, dass die vorliegende Erfindung besser verstanden wird aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen ähnliche Bezugszeichen gleiche Elemente identifizieren, und in welchen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Draufsicht der in 1 gezeigten Vorrichtung ist;
3 eine Seitenansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung ist;
4 eine schematische Darstellung des spiralförmigen Schnittweges der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist;
5 eine Schnittansicht eines Klingenelements der vorliegenden Erfindung ist;
6 eine Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform einer Klinge der vorliegenden Erfindung ist;
7 eine Schnittansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform einer Klinge der vorliegenden Erfindung ist;
8 eine Schnittansicht einer Klinge. und einer Klingenführungs-Einheit der vorliegenden Erfindung ist, entlang einer Linie 8-8 in 3;
9 eine Schnittansicht eines Elements einer Klingenführung der vorliegenden Erfindung ist;
10 eine Schnittansicht einer alternativen Klinge und einer Klingenführungs-Einheit der vorliegenden Erfindung ist;
11 eine Schnittansicht einer Klingengestaltung ist, welche einen flexiblen Wulst beinhaltet, der an der Hinterkante angebracht ist;
12 eine Schnittansicht einer Klingengestaltung ist, welche einen flexiblen Wulst beinhaltet, der an einer Seite der Klinge angebracht ist;
13 eine Schnittansicht einer Klingengestaltung ist, welche eine weitere Ausführungsform eines flexiblen Wulstes beinhaltet, der an der Hinterkante der Klinge angebracht ist;
14 eine perspektivische Ansicht einer hin und her gehenden Sägenausführung der vorliegenden Erfindung ist; und
15 eine teilweise weg geschnittene Ansicht eines Verschiebeschuhes im Betrieb ist.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Obwohl die folgende Offenbarung ein Verfahren und eine Vorrichtung der vorliegenden Erfindung primär mit Bezug auf das Schneiden aus polymeren Schaummaterialien beschreibt, soll dies nicht so zu verstehen sein, dass das Verfahren oder die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung auf das Bearbeiten solcher Materialien beschränkt ist. Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung können für das Verarbeiten eines beliebigen Materials nützlich sein, welches mit einer Klinge geschnitten werden kann und welches eine ausreichende strukturelle Integrität hat, um als eine Bahn oder ein Flächengebilde verarbeitet zu werden, wie beispielsweise nicht geschäumte Polymere, Holz oder Käse.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Block" auf das Material, das geschnitten werden soll, bevor es geschnitten wird. Im Allgemeinen bezieht sich im Kontext der vorliegenden Erfindung der Ausdruck "Block" auf irgendein dreidimensionales, monolithisches Material, das zum Schneiden oder Abschaben mit einer Klinge geeignet ist. Der Block muss nicht irgendeiner besonderen Form sein, mit der begonnen werden soll, sondern es wird aus der sich anschließenden Beschreibung klar werden, dass ein Block mit einem zylindrischen Querschnitt vorgezogen wird. Ein Block in Form eines richtiges kreisförmigen Zylinders wird am meisten bevorzugt, um so den Ausschuss zu minimieren und die Länge der geschnittenen Bahn zu maximieren. Im Kontext der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird, wie unten beschrieben, der Ausdruck "Block" verwendet, um die feste HIPE-Schaumstruktur zu bezeichnen, die als Ergebnis einer Aushärtung einer Emulsion mit hoher innerer Phase in einem Chargenprozess geformt wird, manchmal auch bezeichnet als ein "Teilchen". Solche Blöcke können gemäß dem Verfahren hergestellt werden, das beschrieben ist in dem allgemein übertragenen US Patent Nr. 5,650,222, veröffentlicht für DesMarais am 22. Juli 1997, das in der Offenbarung hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
Im Allgemeinen erfordert das Schneiden kontinuierlicher Bahnen mit einer gleichförmigen Dicke durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung einen Block in Form eines Zylinders von im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt. Der Ausgangsblock kann jedoch nicht kreisförmig im Querschnitt sein, wobei das anfängliche "Abrunden" des Blocks nicht kontinuierliche Abschnitte des Materials erzeugen, möglicherweise Abfall, der wieder aufbereitet oder weg geworfen werden muss. Wenn gemäß dem vorerwähnten Patent von DesMarais '222 in im Wesentlichen kreisförmigen Formen hergestellt, sind die Blöcke im Wesentlichen in zylindrischen Konfigurationen geformt, was eine minimale Abfallerzeugung ergibt.
Beim Schneiden es Blocks eines HIPE-Schaumes erzeugt das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine im Wesentlichen kontinuierliche Bahn aus einem polymeren Schaummaterial aus einem mit Wasser gefüllten Block eines ausgehärteten Schaums. Mit "Wasser gefüllt" ist gemeint, dass die poröse Struktur im Wesentlichen mit dem restlichen Wasserphasenmaterial gefüllt ist, das verwendet wurde, um die HIPE zu präparieren. Das restliche Wasserphasenmaterial (im Allgemeinen eine wässrige Lösung aus Elektrolyt, Restemulgator und Polymerisationsinitiator) beträgt typischerweise etwa 96-99 Gew.% des ausgehärteten HIPE-Schaumes.
Mit Wasser gefüllt wird der Block des HIPE-Schaumes relativ schwer, und zwar mit einer Dichte von nahe demjenigen von Wasser, mit relativ wenig struktureller Materialfestigkeit. Ein Entwässern des Schaumblockes vor einem Schneiden in Bahnen oder Flächegebilde würde den Block leichter zu handhaben machen, das Entwässern des Blocks ist sehr zeitraubend und unpraktisch in wirtschaftlicher Hin sicht. Kontinuierliche Bahnen oder Flächengebilde werden deshalb aus dem mit Wasser gefüllten Block des polymeren Schaums geschnitten und weiter verarbeitet, um Restwasser zu entfernen. Das Gewicht und die strukturelle Integrität des mit Wasser gefüllten Blocks erfordert eine adäquate Abstützung während des Schneidevorganges. Praktisch erfordert für mit Wasser gefüllte HIPE-Schäume eine adäquate Abstützung, dass der Block im Wesentlichen vollständig von unten abgestützt wird, wie dies unten mit Bezug auf die 1 und 3 beschrieben ist, wobei das Gewicht des Blocks gleichmäßig über seine Basis verteilt ist.
Die kontinuierliche Bahn kann entwässert und als ein Rollenvorrat in einem kontinuierlichen Verfahren aufgewickelt werden, nachdem sie aus dem Block des ausgehärteten Schaums ausgeschnitten ist. Der Polymere Schaum in Form eines Rollenvorrats kann dann bei der nachfolgenden Bearbeitung, Behandlung oder Formung verwendet werden, zum Beispiel als absorbierendes Kernmaterial. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Bahn verarbeitet und in einen Rollenvorrat mit einer im Wesentlichen konstanten linearen Geschwindigkeit aufgerollt, wobei jede weitere Verarbeitung, wie beispielsweise eine Entwässerung zwischen dem Schneiden und dem Aufwickeln als Rollenvorrat erfolgt.
1 zeigt eine Perspektive einer Ausführungsform einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung 10 und ein Block 1 eines Materials, zum Beispiel eines Blocks aus einem ausgehärteten HIPE-Schaummaterial, das in eine Bahn von gleichförmiger Dicke durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung geschnitten werden soll. Wie in 1 gezeigt ist, hat der Block 1 vorzugsweise eine Form eines gerade kreisförmigen Zylinders mit einer zentralen Achse 2 und einer Umfangsfläche 3. Wenn der Block 1 derart ausgerichtet ist; dass die zentrale Achse 2 im Wesentlichen vertikal verläuft, wie in 1 gezeigt ist, ist die Umfangfläche 3 durch die im Wesentlichen vertikale Seite des zylindrisch geformten Blocks 1 definiert, die sich im Wesentlichen zwischen dem im Wesentlichen kreisförmigen unteren Basisabschnitt 6 und dem im Wesentlichen kreisförmigen oberen Basisabschnitt 8 des Blocks 1 erstreckt. Mit "Basisabschnitt" ist eine im Wesentlichen flache Oberfläche gemeint, die im Wesentlichen senkrecht zur vertikalen Seite eines zylindrisch geformten Blocks verläuft. Im Falle eines kreisförmigen Zylinders sind die Basisabschnitte vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu den vertikalen Seiten, wodurch im Wesentlichen kreisförmige Oberflächen vorliegen.
Wenn der Block 1 ein HIPE-Schaum ist, wird dieser vorzugsweise kurz nach dem Aushärten geschnitten, während der Block sich noch auf oder nahe der Aushärtungstemperatur befindet. Geeignete Aushärtungstemperaturen werden in Abhängigkeit von dem Monomer und einem anderen Aufbau der löslichen Wasserphasen der Emulsion variieren (insbesondere den verwendeten Emulgatorsystemen) und von dem Typ und den Mengen der verwendeten Polymerisationsinitiatoren. Häufig werden jedoch geeignete Aushärtungsbedingungen das Beibehalten der HIPE auf erhöhten Temperaturen über etwa 122°F (50°C), ganz bevorzugt über etwa 150°F (65°C) und äußerst bevorzugt über etwa 115°F (80°C) über eine Zeitspanne im Bereich von etwa 2 bis etwa 64 Stunden; ganz bevorzugt von etwa 2 bis etwa 48 Stunden umfassen. Der Block kann nach dem Aushärten auf Temperaturen unterhalb der Aushärtungstemperatur geschnitten werden, einschließlich auch der Raumtemperatur. Für bestimmte HIPE-Schaumformulierungen war ein Schneidevorgang bei Temperaturen unter Raumtemperatur erfolgreich.
Wie in den 1 und 3 gezeigt wird, lagert der Block 1 mit der im Wesentlichen unteren Bahn des Abschnitts 6 auf einer drehenden Plattform, die als eine Platte 20 bezeichnet wird. Die Platte 20 ist im Wesentlichen planar, vorzugsweise kreisförmig und ist um eine im Wesentlichen vertikale zentrale Achse senkrecht zu der Kreisebene drehbar, wie sie in den 1 und 3 als Plattenachse 22 gezeigt ist. Um den anfänglichen Ausschuss beim Start zu minimieren, wird der Block 1 vorzugsweise derart positioniert, dass die zentrale Achse 2 und die Plattenachse 22 im Wesentlichen koaxial verlaufen, bevor der Schneidevorgang einer Bahn beginnt. Falls entweder die zentrale Achse 2 des Blocks 1 von der Plattenachse 22 versetzt ist oder falls der Block 1 nicht anfänglich einen kreisförmigen Querschnitt hat, können nicht kontinuierliche Bahnen erzeugt werden, bis beide Bedingungen erfüllt werden. Aus diesem Grunde wird, wenn mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung geschnitten wird, die Länge der erzeugten kontinuierlichen Bahn maximiert, indem ein Block mit kreisförmigem Querschnitt verwendet wird und indem die zentrale Achse des Blocks mit der Plattenachse vor dem Schneidevorgang richtig ausgerichtet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform lagert der Block 1 nicht direkt auf der Platte 20, sondern wird durch eine Block-Stützpalette 23 abgestützt, wie sie in den 1 und 3 gezeigt ist. Die Block-Abstützpalette 23 kann anfangs Teil der Form sein, die verwendet wurde, um den polymeren Schaum in einen Block auszuhärten. Die Seiten und die Oberseite (falls verwendet) der Form können entfernt werden, so dass der Restteil als eine Abstützpalette für den ausgehärteten Schaumblock belassen bleibt. Die Palette kann aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt sein, das in der Lage ist, eine adäquate strukturelle Abstützung bereit zu stellen, einschließlich Holz, Stahl und geformter Kunststoff.
Eine Abstützpalette 23 hilft bei der Handhabung des Blocks 1, indem eine steife Basisabstützung bereit gestellt wird, derart, dass der Block 1 angehoben, transportiert und zum Schneiden positioniert werden kann. Zudem kann die Abstützpalette Mittel zum Ausrichten auf der Platte 20 haben, wodurch eine richtige Ausrichtung des Blocks vor dem Schneidevorgang sicher gestellt wird. Zum Beispiel kann die Abstützpalette 23 Markierungen, Rillen, Schlitze, etc. haben, welche mit dem komplementären Vorsprung auf der Platte 20 zusammenpassen, um eine richtige Anordnung der Abstützpalette in Bezug zur Platte sicher zu stellen.
Wie in den 1 und 3 gezeigt ist, hat die Abstützpalette 23 vorzugsweise ein steifes zentrales Element 21, das sich koaxial mit im Wesentlichen der vertikalen Plattenachse 22 erstreckt. Das steife zentrale Element 21 ist vorzugsweise mit der Abstützplatte 23 einstückig verbunden und hilft beim Stabilisieren des Blocks 1 während des Schneidevorganges. Das steife zentrale Element 21 kann verschiedene Vorsprünge haben, so wie sie benötigt werden, um den Block 1 in einer Betriebspo sition während des Schneidevorgangs zu fixieren, einschließlich dazu, den Antrieb der Blockdrehung zu unterstützen. Alternativ kann der Block 1 in einer Position durch eine obere Klammer fixiert sein, wobei die obere Klammer den Block 1 relativ zur Plattenachse 22 ortsfest hält.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Platte 20 auf linearen Gleitlagern 24 moniert und mit einem gesteuerten linearen Antriebsmechanismus 26 gekoppelt. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Antriebsmechanismus 26 einen Kugelumlaufspindel-Mechanismus. Es kommt jedoch in Betracht, dass andere lineare Gleit- oder Rollenmechanismen geeignet sind und dass der lineare Antriebsmechanismus 26 irgendein geeigneter Antrieb sein kann, wie beispielsweise ein pneumatischer, hydraulischer, Ketten- und Ritzel- oder beliebiger anderer Antriebsmechanismus, der im Stand der Technik bekannt ist. Wie unten vollständiger beschrieben wird, liefert die kombinierte Dreh- und Linearbewegung der Platte 20 und dadurch des Blockes 1, einen präzisen Schneidevorgang am Block 1 in Flächengebilde oder Bahnen 50 von im Wesentlichen gleichförmiger Dicke. Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug darauf beschrieben wurde, dass die Platte 20 linear verschoben wird, sei angemerkt, dass der gleiche Prozess durchgeführt werden könnte, indem eine Schneideklinge in eine drehende, aber linear stationäre Platte linear verschoben wird.
Wie in den 1, 2 und 3 gezeigt ist, ist die Klinge 30 im Wesentlichen vertikal und im Wesentlichen parallel zur zentralen Achse 2 orientiert. Sobald der Schneidevorgang initiiert ist und ein notwendiges Abrunden des Blocks 1 herbei gefiührt worden ist, bleibt die Klinge 30 im Wesentlichen parallel zur Umfängsfläche 3 während der Bahnproduktion. Obwohl viele unterschiedliche Klingenkonfigurationen funktionieren können, einschließlich gezahnter und nicht gezahnter hin und her gehender Klingen, ist die Klinge 30 vorzugsweise ein zahnloses kontinuierliches Band, wie dies in den 1 und 3 gezeigt ist. Falls ein kontinuierliches Band verwendet wird, wird die Klinge 30 vorzugsweise auf wenigstens drei Riemenscheiben montiert, wie sie in 3 gezeigt sind. Die Antriebsscheibe 32 dient vor zugsweise als eine Führungsscheibe dazu, kontinuierliche leichte Einstellungen auf die Klingenposition während des Schneidevorgangs auszuüben.
In einer Bandsägen-Konfiguration, wie sie in 3 gezeigt ist, sind die Größe und die Anordnung der Riemenscheiben 32 und 34 nicht kritisch und sie können so angeordnet sein, wie dies für den Fachmann des Standes der Technik geeignet erscheint. Die Größe und die Anordnung der Riemenscheibe 36 ist jedoch kritisch, wie dies in 3 gezeigt ist. Die Riemenscheibe 36 ist vorzugsweise so klein wie möglich hergestellt, um dadurch eine maximale Bahnbreite sicher zu stellen, wie dies vollständiger unten beschrieben wird. Die Betätigungsscheibe 36 ist im Wesentlichen mit Wasser-gekühlt, um das Lager zu kühlen und Verunreinigungen zu entfernen. Die Wasserspülung dient auch dazu, Fett und Reinigungsmittel an der Klinge 30 bereit zu stellen, welche überraschenderweise besser schneidet, wenn sie durch den Block nach oben bewegt wird, das heißt, wenn sich das Band im Uhrzeigersinn mit Bezug auf 3 bewegt, wie dies durch den Pfeil B gezeigt ist. Ohne durch Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass saubere Schnitte erhalten werden, wenn die Klinge durch den Block nach oben verläuft, weil die Wasserspülung der Riemenscheibe 36 wirksamer ist dahin gehend, die Riemenscheibe 36 frei von Schneiderückständen zu halten. Die Klinge 30 wird dadurch auch sauberer gehalten, wodurch ein glatterer, sauberer Schnitt erhalten wird. In einer bevorzugten Ausführungsform läuft die Klinge 30 mit einer linearen Geschwindigkeit von 110 bis 160 Fuß/min (0,56-0,81 m/s), um eine geschnittene Bahn herzustellen, die sich mit einer linearen Geschwindigkeit von etwa 50 Fuß/min (0,25 m/s) bewegt.
Wenn ein kontinuierliches bandförmiges Schneideblatt verwendet wird, wie dies in 3 gezeigt ist, dienen obere und untere Leerlaufscheiben 34 und 36 als obere und untere Blattsicherungen 54 bzw. 56. Mit "Sicherung" ist eine physikalische Führung gemeint, welche dazu dient, das Blatt in einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung und in einer im wesentlichen parallelen Beziehung zu einer im Wesentlichen zentralen Achse 2, und dadurch auch parallel zur Umfangsfläche 3 während der Bahnherstellung. Verschiedene Blatttypen und Konfigurationen benötigen unter schiedliche Typen von Sicherungen. Zum Beispiel würde, wie in der vorliegenden Erfindung verwendet und in 14 gezeigt, ein im Wesentlichen gerades hin und her gehendes Blatt 30 eine obere Sicherung 54 erfordern, die mechanisch mit einem Schwingarm-Folger 62 und einer Nockenanordnung 60 verbunden ist, und eine untere Sicherung 56, die mit dem unteren. Sicherungs-Stützelement 55 verbunden ist. Die Ausführungsformen eines hin und her gehenden Blattes sind vollständiger unten mit Bezug auf 14 und dem dazu gehörigen Text beschrieben. Eine Hochgeschwindigkeitsproduktion von kontinuierlichen Bahnen kann jedoch auch herbei geführt werden durch Verwendung einer bevorzugten Gestaltung einer kontinuierlichen Klinge, wie dies unten vollständiger beschrieben wird.
Wie aus den 1, 2 und 3 zu verstehen ist, wird eine Betriebsplatte 20 vorzugsweise um die Plattenachse 22 gedreht, während sich die Platte 20 gleichzeitig linear in Richtung des Blattes 30 bewegt, derart, dass der Block 1 in das Blatt 30 vorgeschoben wird. Bei jeder Drehung der Platte 20 schiebt der Linearantriebs-Mechanismus 26 die Platte 20 linear um eine Strecke linear vor, die von dem Bediener als die gewünschte Bahnbreite vorbestimmt wurde. Die Bahndicke wird durch die Beziehung der Plattendrehung und der Plattentranslation (Linearbewegung) gesteuert und ist definiert als die Materialdicke zwischen der Umfangsfläche 3 und dem Blatt 30 an der augenblicklichen Umfangsfläche 3, die weg geschnitten wird und eine Seite der Bahn 50 wird. Wie aus 2 zu verstehen ist, wird, wenn die Umfangsfläche 3 durch den Schneidevorgang entfernt wird, eine neue Umfangsfläche 3 kontinuierlich frei gelegt, wobei die Umfangsfläche 3 kontinuierliche näher zur zentralen Achse 2 während des Betriebs der Vorrichtung 10 rückt.
Um eine konstante Bahndicke beizubehalten, wird die Platte 20 vorzugsweise linear kontinuierlich vorgeschoben, wenn sie sich dreht, wobei eine zentrale Steuerung die Plattenbewegungen und andere Sägevorgänge koordiniert. Obwohl gegenwärtig nicht bevorzugt, ist es günstig, dass die Platte 20 alternativ nur, zum Beispiel ohne lineare Bewegung, gedreht wird, wobei das Blatt 30 linear in die drehende Platte 30 vorgeschoben wird. In beiden Alternativen besteht ein kritischer Parameter darin, die relative Beziehung zwischen der zentralen Achse 20 (und dadurch der Umfangsfläche 3) und dem Blatt 30 zu steuern. Die zentrale Steuereinrichtung ist vorzugsweise programmierbar, derart, dass ein Bediener einfach eine vorbestimmte gewünschte Bahndicke und Betriebsgeschwindigkeit wählen kann, wobei die zentrale Steuereinrichtung alle anderen Verarbeitungsparameter diktiert. Wie schematisch in 4 dargestellt ist, ist der Weg des Blattes, wenn dieses die Bahn schneidet, im Wesentlichen spiralförmig, beginnend an der Außenseite des Blocks und fortschreitend nach innen. Eine konstante Tangentialgeschwindigkeit in der heraus gehenden (geschnittenen) Bahn wird beibehalten, indem entlang des Spiralweges mit einer konstanten Lineargeschwindigkeit geschnitten wird.
Eine konstante Geschwindigkeit entlang des Spiralweges wird vorzugsweise durch Positionsschleifen herbei geführt, die gleichzeitig zwei Bewegungsachsen steuern, das heißt, die Dreh- und Linearbewegung der Platte 20. Der Abstand zwischen dem Blatt und dem Zentrum der Drehung des Blocks wird gesteuert durch die lineare Achse, während die Drehachse die Tangentialbewegung steuert, einschließlich der Tangentialgeschwindigkeit des Umfangs des geschnittenen Blocks. Die Steuerung wird vorzugsweise dadurch herbei geführt, dass zuerst die Platte 20 von einem beginnenden Abstand zwischen dem Drehzentrum und dem Blatt mit dem Startradius SR bewegt wird. Der Startradius SR, in 4 gezeigt, ist der maximale Radius für einen gegebenen Zylinderblock. Für einen nicht runden Block würde der Startradius der maximale Abstand zwischen der zentralen Achse 2 und einer Außenkante oder einer Ecke des Blockes sein. Wie angemerkt, werden jedoch kontinuierliche Bahnen nicht hergestellt, bis der Block "abgerundet" ist, wodurch dieser dann im Allgemeinen kreisförmig im Querschnitt ist.
Der Spiralschnitt setzt sich von dem Startradius SR zu dem Endradius ER fort. Der Endradius ER ist typischerweise so nahe am steifen Zentralelement 21, wie dies praktisch möglich ist, um Ausschuss zu minimieren. Die Drehachsen- und Plattenpositionen werden derart gesteuert, dass der Block 1 eine "Ziel"-Strecke entlang des Spiralweges mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird. Die "Ziel"-Strecke ist ein berechneter Abstand entlang des spiralförmigen Schnittweges, der in einer gegebenen Zeitspanne überwunden werden muss, um die tangentiale Bahngeschwindigkeit während des Schneidevorganges konstant zu halten. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Positionsziele an festen Zeitabständen von 2 ms aktualisiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Zielstrecke TD, welche die Strecke ist, über die sich der Spiralschnittweg innerhalb fester Zeitschritte bewegen muss, durch die Gleichung definiert: TD(in)=(Bahnliniengeschwindigkeit(ft/min)·12(in/ft)/60s/min))·Zeitspanne(s)(1 in = 2,54 cm; 1 ft = 20,48 cm)
Die gesamte Zielstrecke TD, die entlang des Spiralweges überwunden werden muss, wird als eine akkumulierte Gesamtstrecke ATD berechnet und in den folgenden Gleichungen verwendet, um die Zielpositionen der drehenden Platte (Winkelachse) θ (Radianten) und der Radius (Linearachse), r (in), zu dem Schneideblatt zu bestimmen: R = sqrt(SR(in)2 – A(in)·ATD(in)) θ = SR(in) – r(in)B(in)in welcher die Konstanten A und B bestimmt werden durch die gewünschte Schnittdicke (th) und berechnet werden durch die Gleichungen: A = th(in)/π B = th(in)/2π
Deshalb nimmt die Steuereinrichtung, wie dies aus den obigen Gleichungen zu ersehen ist, die Bahnliniengeschwindigkeit und die Schnittdicke als Eingaben von einem Bediener und nutzt dann die Positionsschleifen, um zwei Bewegungsachsen zu steuern, so dass eine konstante Tangentialgeschwindigkeit entlang eines Spiralweges sicher gestellt ist, und folglich eine konstante Lineargeschwindigkeit in der geschnittenen Bahn, wenn diese zur weiteren Verarbeitung weg befördert wird.
Die Geschwindigkeit sowohl der Drehachse als auch der Achse, welche den Schnittradius (den linearen Vorschub der Platte) steuert, verändern sich konstant mit der Zeit, um sicher zu stellen, dass die Lineargeschwindigkeit der geschnittenen Bahn bei der vorbestimmten Liniengeschwindigkeit beibehalten wird. Die Veränderung ergibt sich aus der Geometrie des Spiralschnittes und erfordert, dass sowohl die Winkelgeschwindigkeit als auch der lineare Vorschub nicht linear zunehmen mit abnehmendem Blockradius. Deshalb sind die Rate der Winkeldrehung und die Rate des linearen Vorschubs nicht linear als Funktion einer Schnittstrecke, sondern nehmen beide tatsächlich mit der Schnittstrecke zu, derart, dass die Tangentialgeschwindigkeit konstant bleibt.
Wie oben angemerkt, sollten wegen der physikalischen Eigenschaften typischer mit Wasser gefüllter polymerer Schaumblöcke, wie beispielsweise dem Gewicht und der Festigkeit, der Block 1 direkt durch die Platte 20 auf seiner Basis abgestützt werden, und zwar die ganze Zeit während des Bahnschneidevorganges. Um eine im Wesentlichen gleichförmige Bahndicke zu erzeugen, wird das Blatt 30 vorzugsweise sowohl durch eine obere Sicherung 54 als auch eine untere Sicherung 56 festgelegt. Dies führt jedoch zu einer Gestaltungsschwierigkeit, da die untere Sicherung 56 über der Platte 20 sein sollte, aber unter dem Block 1, wenn die Platte 20 weiter linear vorgeschoben wird. Selbst wenn sie nicht durch eine untere Sicherung festgelegt ist, sollte es einen Spielraum unter dem Block geben, damit das Ende des Blattes dahin erstrecken kann. Diese technische Schwierigkeit wird gelöst, indem ein bestimmter Betrag des Materialblockes abgetragen wird, so dass ein abgetragener Bereich 65 des Blocks 1 im Gebiet der unteren Blattsicherung 56 gebildet wird, derart, dass die untere Blattsicherung 56 über der Platte 20 und unter dem Block 1 in dem abgetragenen Bereich 65 betrieben werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der abgetragene Bereich 65 durch einen Hobel 40 gebildet, wie dies in den 1, 2 und 3 gezeigt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Fräsewerkzeug mit 24 Zähnen und einem Durchmesser von etwa 4 Inch (10,2 cm) als ein Hobel verwendet. Der Hobel 40 trägt kontinuierlich durch Entfernung eines vorbestimmten Materialbetrages vom Block 1, wenn sich dieser dreht ab und bildet eine Nut oder Kerbe im Block selbst, und zwar nahe der unteren Basis 6, wodurch die Nut 42 zwischen dem Block und der Platte gebildet wird. Die Nut 42 bildet den notwendigen abgetragenen Bereich 65 und erlaubt, dass die untere Sicherung, zum Beispiel die untere Leerlaufscheibe 36, in einem Raum betätigt werden kann, der so groß wie nötig sein kann.
Der Hobel 40 wird durch irgendein geeignetes Mittel (nicht gezeigt) befestigt und angetrieben. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hobel 40 Teil einer Anordnung mit einem federbelasteten Arm-Befestigungsmittel, welches den Hobel 40 nahe der Bahn 6 in den Block 1 drückt. Um die Materialmenge einzustellen, die vom Hobel 40 entfernt werden soll, das heißt, die Tiefe der Nut 42, ist der Hobel 40 auch vorzugsweise an wenigstens einer einstellbaren Leerlaufscheibe angebracht, welche sanft über die Umfangsfläche 3 über dem abgetragenen Bereich 65 rollt, wenn sich der Block auf der Platte 20 dreht. Die federbelastete Armbefestigung und die Leerlaufscheibe stellen sicher, dass der Hobel eine konstante Position in Bezug zum Block 1 beibehält, derart, dass eine konstante Nuttiefe beibehalten wird.
Die Nut 42 ist vorzugsweise so klein dies dies vernünftigerweise ausführbar ist. Sowohl die Höhe der Nut 42 als auch die Tiefe sind vorzugsweise minimal. Eine unnötige Höhe der Nut 42 begrenzt die Breite der fertigen Bahn, indem Material entfernt wird, welches verwendet werden könnte als fertiges Bahnmaterial. Falls die Tiefe der Nut 42 übermäßig groß wird, kann der fliegende Teil des Blocks über der Nut zu groß werden, was zu einer möglichen strukturellen Beschädigung oder Mangel durch Bruch führen kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn der geschnittene Block ein Block aus einem mit Wasser gefüllten HIPE-Schaum ist. Weil der HIPE-Schaum im Allgemeinen voll abgestützt bleiben muss, gibt es eine Grenze der Tiefe der Nut 40, die erreicht wird, bevor der Überhangeffekt zu dem Mangel des überhängenden Teils führt. Für Blöcke mit einer Höhe von etwa 24 Inch, das heißt, Blöcke, aus welchen eine Bahn mit einer Breite von 24 Inch geschnitten werden könnten, wird eine Nuttiefe von weniger als einem Inch vorgezogen.
In einem kontinuierlichen Band, das heißt, einer Bandsäge, dient die untere Leerlaufscheibe 36 als untere Sicherung 56 und ist vorzugsweise so bemessen, dass die Breite des Materials in der fertigen Bahn maximiert ist. Wie in 3 gezeigt ist, ist die Leerlaufscheibe 36 in Bezug zu den Riemenscheiben 32 und 34 viel kleiner, und zwar so bemessen, dass sie wenigstens teilweise innerhalb der Nut 42 betrieben werden kann. Die Nut 42 bleibt bei einer konstanten Tiefe, wenn der Radius des Blocks 1 abnimmt und die Platte 20 linear in Richtung des Blattes 30 bewegt wird, so dass die Scheibe 36 wenigstens teilweise innerhalb und im Wesentlichen in einer konstanten Raumbeziehung zu der Nut 40 während des Schneidevorgangs bleibt.
In Abhängigkeit von dem speziellen Material, das für das Blatt 30 verwendet wird, kann die Lebensdauer des Blattes bei sehr kleinen Durchmessern der Riemenscheibe unakzeptabel kurz werden, weshalb es Gestaltungstoleranzen zwischen der Lebensdauer des Blattes und der Größe der Riemenscheibe gibt. Wie oben angegeben, macht eine Zunahme der Größe der Leerlaufscheibe eine größere Nut notwendig, was zu einer Abnahme der Blockmenge führt, die verfügbar ist, um in eine Bahn geschnitten zu werden. Deshalb gibt es einen konelativen Gestaltungsausgleich zwischen der Lebensdauer des Blattes und der Bahnbreite, wenigstens für eine gegebene Blockhöhe. Ein akzeptabler Kompromiss zwischen der Bahnbreite und der Lebensdauer des Blattes kann durch die Verwendung einer unteren Leerlaufscheibe 36 mit etwa einem Inch Durchmesser erreicht werden. Insbesondere umfasst eine bevorzugte Leerlaufscheibe ein Kel-F CTFE, erhältlich von McMaster-Carr, mit einer Duralon-Buchse, wie Rex Duralon-Lagern, von Rexnord Corporation, Downers Grove IL. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Riemenscheibe und das Lager auf einer gehärteten Edelstahlwelle mit Wasserschmierung abgestützt.
Die Wasserschmierung hält die Lagerwellenoberfläche sauber und hilft dabei, das Lager während des Hochgeschwindigkeits-Schneidevorganges abzukühlen.
Die Lebensdauer des Blattes wird auch bestimmt durch die Blattgestaltung. Zum Schneiden von HIPE-Schaumblöcken mit entweder ein hin und her gehenden "Säbel"-Sägenklinge oder einer kontinuierlichen Blattausführung, arbeitet ein Edelstahl-Messerkantenblatt 30, das heißt, Blatt ohne Zähne, zufriedenstellend und wird gegenüber einem gezahnten Blatt vorgezogen. Wie in 5 gezeigt ist, hat ein Blatt 30 für die Verwendung mit einer kontinuierlichen Bandsägenkonfiguration vorzugsweise eine Breite W von etwa 1 Inch (2,54 cm), eine Dicke T von etwa 0,005 Inch (0,12 mm) und einer einseitig abgeschrägten Vorderkante 33, die in einem Winkel A von 15° bis 45° schneidet. Ein geeignetes Blatt für die Verwendung mit einer hin und her gehenden Sägenkonfiguration hat ähnliche Abmessungen, aber eine Dicke von etwa 0,027 Inch (0,69 min). Die Lebensdauer des Blattes kann verlängert werden, indem die Vorderkante 33 des Blattes mit einem abgestumpften Winkel geschnitten wird, wie dies in den. 6 oder 7 gezeigt ist. In beiden Konfigurationen der 6 oder 7 ist die Vorderkante 33 des Blattes so abgestumpft, dass diese eine Auflagefläche L bildet. Die Blätter mit einer Auflagefläche L arbeiten länger und erzeugen einen qualitativ höherwertigen Schnitt als Blätter ohne Auflagefläche, wie dies in 5 gezeigt ist. Ohne durch Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die Blätter mit einer Auflagefläche L länger arbeiten aufgrund der Korrosions- und Abnutzungseffekte auf die Vorderkante. Eine geschärfte Vorderkante, wie sie in 5 gezeigt ist, neigt dazu, in einer nicht gleichförmigen Weise zu korrodieren und abzunutzen, was eine "gezahnte" Kante erzeugt, die keinen akzeptabel hochwertigen Schnitt in der fertigen Bahn erzeugt.
Um die Herstellung von Bahnen mit gleichförmiger Dicke zu unterstützen, wird eine Blattführung 67 vorzugsweise verwvendet, um das Blatt 30 zu führen und zu versteifen. Die Blattführung 67 ist so gestaltet, dass sie der Spur des Blattes vertikal folgt, derart, dass die geschnittene Bahndicke über die Breite der Bahn konstant ist. Sie sollte eine adäquate Steifigkeit haben und eng genug an dem Blatt sitzen, um so das Blatt in die Lage zu versetzen, der seitlichen und kantenseitigen Kräften des Blockes zu widerstehen, wenn dieser in das Blatt vorgeschoben wird, und das Blatt vor einem Ablenken, "Verschieben" oder "Wandern" aus dem Schnittweg zu bewahren. Es muss jedoch Sorge dafür getragen werden, dass sicher gestellt ist, dass die Klingenführung nicht das Blatt wellig macht oder festsetzt, wodurch verhindert wird, dass das Blatt in seiner vorgesehenen Bewegung funktioniert.
Eine bevorzugte Blattführung für eine kontinuierliche Bandsägekonfiguration ist in 8 gezeigt, welche eine Blattführung oder ein Blatt im Querschnitt zeigt, wobei der Querschnitt 8-8 in 3 dargestellt wird. In der gezeigten Ausführungsform umfasst die Bandführung 67 zwei Führungselemente 80, die aus einem sehr dünnen, relativ steifen Flächenmaterial hergestellt sind, zum Beispiel einen wärmebehandelten Federstahl. Die Führungselemente sind vorzugsweise Edelstahl, dünn genug, dass sie nicht die Bahn stören, wenn sie durch die Vorderkante 33 des Blattes 30 geschnitten wird. Eine bevorzugte Dicke für das Führungselement 80 ist 0,025 –0,030 Inch (0,635 – 0,76 mm), wobei die äußerst bevorzugte Dicke 0,027 Inch (0,685 mm) ist. Die Führungselemente 80 sind durch Verbindungsmittel (nicht gezeigt) mit den Führungselementstützen 82 verbunden, welche an und in Abstand zu dem Blattführungsabstandshalter 84 angebracht sind. Eine Versenknietung ist gegenwärtig das bevorzugte Verfahren zum Verbinden der Führungselemente 80 mit den Führungselementstützen 82. Eine oder beide der Führungselementstützen 82 können genutet sein, um einen Raum für eine flexible Wulst 31 zu schaffen, um der Spur zu folgen, wie dies unten mit Bezug auf die 11–13 beschrieben ist.
Die Führungselemente 80 sind vorzugsweise in einem leichten Winkel in Bezug zum Blatt 30 angebracht, derart, dass sie das Blatt 30 minimal berühren. Der minimale Kontakt sollte so nahe an der Vorderkante 33 des Blattes wie praktisch möglich auftreten. Ein bevorzugtes Verfahren zum Herbeiführen eines minimalen Kontakts mit dem Blatt 30 ist, die Führungselemente 80 an speziell hergestellten Führungselementstützen 82 zu montieren, wie dies in 9 gezeigt ist. Wie in 9 gezeigt ist, ist die blattseitige Oberfläche 86 nicht parallel zu der führungselement seitigen Oberfläche 87, sondern ist tatsächlich in einem Winkel α ausgebildet. Im Betrieb verläuft die blattseitige Oberfläche 86 im wesentlichen parallel zum Blatt 30, so dass die Montagefläche 87 und somit die montierten Führungselemente 80 einen spitzen Winkel zum Blatt 30 bilden. Es hat sich heraus gestellt, dass ein Winkel α von etwa 1 ° vorgezogen wird, um sicher zu stellen, dass die Führungselemente 80 (nicht gezeigt in 9) an das Blatt 30 in einem Winkel heran kommen, der die Vorderkante 33 nahe derselben berührt. Zudem wird die Führungselementstütze 86, um sicher zu stellen, dass die geschnittene Bahn nicht die Blattführung 67 stört, mit einer vorderen Spitze ausgebildet. Zum Beispiel ist in 9 die Oberfläche 85 mit einem Winkel β zur Oberfläche 87 ausgebildet. Es hat sich heraus gestellt, dass ein Winkel β von etwa 5° vorgezogen wird, um sicher zu stellen, dass die Blattführung 67 nicht die geschnittene Bahn stört, wenn sie vom Block entfernt wird.
Zusätzlich zu dem Gesamtprofil der Blattführung sollte diese so ausgebildet sein, dass sie die effektive Zunahme der Blatt/Blattführungs-breite und -Dicke minimiert. Insbesondere das Minimieren der Dicke der Blattführung hilft beim Schneiden, indem der Block und das Blatt in Bezug zueinander in nahezu rechten Winkeln arbeiten können. Zum Beispiel ist in 8 der Block 1 in einer gebrochenen Linie dargestellt. Wegen der Gestaltung der Blattführung 67 wird der Block 1 nicht linear im einem rechten Winkel zum Blatt 30 vorgeschoben. Statt dessen wird der Block 1 in einem Winkel θ vorgeschoben, welcher der Krümmung des Blockes erlaubt, die Blattführung frei zu geben. Es hat sich heraus gestellt, dass bei einem zylindrischen Blockdurchmesser von bis zu etwa 54 Inch (137 cm), der Krümmungsradius des Umfangs des Blockes erforderlich macht, dass der Winkel θ des linearen Vorschubs in das Blatt 30 etwa 6° beträgt, wie dies schematisch in 8 gezeigt ist. Wenn die Bahn geschnitten wird und der Blockdurchmesser abnimmt, kann dieser Winkel vermindert werden, es aber nicht notwendig, dies zu tun. Größere oder kleinere Winkel können bedarfsweise verwendet werden, und zwar in Abhängigkeit von der Konfiguration der Blattführung, der Blattbreite und -dicke und dem Gesamtdurchmesser des Ausgangsblocks.
Eine bevorzugte Variation der Blattführung für die Verwendung mit einem kontinuierlichen Blatt, um eine mögliche Störung der Blattführung 67 mit dem Block 1 während des Schneidevorgangs zu minimieren, ist im Querschnitt in 10 gezeigt. Die Konfiguration der Blattführung, die in 10 gezeigt ist, minimiert die Dicke der Blattführung auf der Blockseite des Blattes durch Verwendung einer unteren Profil-Blattführung 88. Die untere Profilführung 88 ersetzt sowohl das Führungselement als auch die Führungselementstütze auf der Blockseite der Führung. Wie in 10 gezeigt ist, ist das untere Profil-Führungselement 88 vorzugsweise mit einer Lippe 89 ausgeformt, um so den Kontakt mit dem Blatt zu minimieren. Das untere Profil-Führungselement 88' ist vorzugsweise aus einem ähnlichen Material hergestellt, wie die Führungselementstütze 82, wie beispielsweise aus Edelstahl.
Um die Blattführung und die Spurfolge bei kontinuierlichen Blatt-Konfigurationen zu unterstützen, können verschiedene Modifikationen der Blattgestaltung ausgeführt werden. Eine Option, die in den 8 und 10 mit Bezug auf die bevorzugten Klingenführungen gezeigt ist, besteht darin, eine flexible Wulst 31 aus einem geeigneten Polymermaterial auf das Blatt 30 anzuformen. Das Polymermaterial, das ausgewählt wird, sollte eine ausreichende Flexibilität und Dauerhaftigkeit haben, so dass es solange hält wie das Blatt. Ein bevorzugtes Polymer für diesen Zweck ist Polyurethan, vorzugsweise mit einer Durometer-Härte A von 30–60. Die Riemenscheiben, zum Beispiel die Riemenscheiben 32, 34 und 36 in 3, können darin ausgebildete Nuten (nicht gezeigt) haben, um die flexible Wulst 31 aufzunehmen, wodurch diese als Führungen dienen und das Blatt 30 zwingen, entsprechend der Spur zu folgen. Das Blatt 30 wird von einem "Wegwandern" von den Riemenscheiben bewahrt oder von einem in anderer Weise Verschieben auf den Riemenscheiben, indem die flexible Wulst 31 fest in den Nuten auf jeder Riemenscheibe sitzt.
Die flexible Wulst 31 kann in vielen unterschiedlichen Formen und Konfigurationen ausgebildet sein, und solche, die in den 11-13 gezeigt sind, sollen nur beispielhaft und nicht beschränkend gemeint sein. Die Wulst kann an das Blatt in einer beliebigen Weise, die im Stand der Technik bekannt ist, um Polymere an Me tall auszuformen oder anzuhaften, ausgeformt werden. In einer Ausführungsform kann die Wulst, wie sie in 11 gezeigt ist, auf die Hinterkante des Blattes 30 angeformt sein. In einer solchen Konfiguration hat die Wulst 31 vorzugsweise einen Wulstdurchmesser von 0,060-0,090 Inch (1,52 – 2,29 mm), und ist so ausgebildet, dass diese in entsprechenden Nuten in den Riemenscheiben läuft. In einer bevorzugteren Ausführungsform, wie sie in 12 gezeigt ist, ist die flexible Wulst 31 im Wesentlichen ein polymeres Band, das auf der riemenseitigen Seite der Klinge 30 angebracht ist, das ebenfalls in entsprechenden Nuten in der Riemenscheibe läuft. In der in 12 gezeigten allgemeinen Konfiguration hat die Wulst vorzugsweise eine Gesamtdicke (eine Erhebung über die Klinge) von etwa 0,030 Inch. In noch einer anderen alternativen Ausführungsform könnten zwei Bänder aus polymerem Material miteinander auf der Hinterkante der Klinge 30 befestigt sein, wie dies in 13 gezeigt ist. In allen Fällen würden entsprechende Nuten in den Riemenscheiben und in den Blattführungen eine richtige Spurfolge des Blattes sicherstellen.
Eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine hin und her gehende Sägenanordnung 68, wobei die Hauptkomponenten derselben in 14 gezeigt sind. Wie dargestellt ist, umfasst eine bevorzugte hin und her gehende Sägenanordnung 68 vorzugsweise einen Motor 64, der eine Nocke 60 antreibt. Der Motor kann mit einem geeigneten Getriebekasten verbunden sein, um die gewünschte Nocken-Umdrehungszahl bereit zu stellen. In einer bevorzugten Ausführungsform erlaubt der Motor 64 und das führende Getriebe variable Umdrehungszahlen. Die Nocke 60 wiederum treibt einen Nockenmitnehmer an, der einen Hebelarm 62 betätigt, welcher mechanisch so verbunden ist, dass dieser die hin und her gehende Bewegung des Blattes 30 erzeugt. Wie dargestellt ist, wird in einer bevorzugten Ausführungsform eine federbelastete Vorspannung auf den Hebelarm 62 angelegt, um einen richtigen kontinuierlichen Rollkontakt des Nockenmitnehmers 61 auf der Nocke 60 sicher zu stellen. Eine Einstellschraube 63 kann vorhanden sein, um die notwendige Federkraft auf den Hebelarm 62 einzustellen, und zwar in Abhängigkeit von der Umdrehung des Motors und der Nocke.
In der in 14 gezeigten hin und her gehenden Sägenanordnung wird das Blatt durch eine Stift- und Lock- oder Stift- und Schlitz-Anordnung für die obere Sicherung 54 gehalten. Das Blatt 30 ist an seinem unteren Ende geschlitzt, um eine untere Stift- und Schlitzsicherung 56 auszubilden. Die Blattführung 67 kann dazu verwendet werden, das Blatt 30 zu versteifen und bei der Führung zu helfen, wobei die Blattführung ebenso an der oberen und der unteren Sicherung unterstützt sind. Die erhöhte Dicke eines bevorzugten hin und her gehenden Blattes vermindert jedoch die Notwendigkeit einer relativ komplexen Blattführung, wie dies oben mit Bezug auf die 8–10 beschrieben wurde. Geeignete Gestaltungen für eine hin und her gehende Blattführung umfassen Standardführungen, wie solche, die hergestellt werden durch Bosch, Inc. für ihre Linie von hin und her gehenden Sägen.
Wenn die in 14 gezeigte hin und lier gehende Sägenanordnung verwendet wird, wird der Hobel 40 vorzugsweise dazu verwendet, eine Nut zu bilden, um die untere Sicherung 56 aufzunehmen. Ein alternatives Verfahren zum Bilden eines abgetragenen Bereichs 65 besteht jedoch darin, einen Verstellschuh 66 zu verwenden, der an der unteren Sicherung 56 angebracht ist. Wie in einer teilweise weg geschnittenen Form in 15 gezeigt ist, wirkt der Verstellschuh 66 als ein Teil, um den Bereich des Blockes, der geschnitten werden soll, vor dem Schneidevorgang und während desselben anzuheben. Der Verstellschuh 66 ist so ausgebildet, dass dieser ermöglicht, dass das untere Ende des Blattes 30 in dem abgetragenen Bereich nach oben und nach unten bewegt wird und bildet einen Teil der unteren Sicherung 56 (in 15 nicht gezeigt). Wenn der Verstellschuh verwendet wird, ist es nicht notwendig, die Nut 42 unter Verwendung eines Hobels oder eines anderen Verfahrens auszubilden.
Nachdem die Bahn aus dem Block geschnitten worden ist, wird sie zur weiteren Verarbeitung durch eine Unterdruck-Entnahmeeinheit 72 weg gezogen, wie dies in den 1 und 2 gezeigt ist. Eine bevorzugte Unterdruck-Entnahmeeinheit 72 umfasst ein luftdurchlässiges Endlosband 70, welches um einen Vakuumkasten herum geführt ist und derart angetrieben wird, dass die Lineargeschwindigkeit des Bandes konstant und im Wesentlichen gleich der Tangentialgeschwindigkeit der Umfangsfläche des Blockes ist, und somit im Wesentlichen gleich der Lineargeschwindigkeit der Bahn ist, sobald diese geschnitten ist. Das Vakuum verursacht eine Saugkraft, welche die Bahn ausreichend fest gegen das Endlosband 70 zieht, derart, dass das Band 70 im Wesentlichen Vertikalförderer ist, der die Bahn vom Block weg trägt, wenn die geformt ist.
Die Unterdruck-Entnahmeeinheit 72 umfasst vorzugsweise drei Abschnitte, wobei jeder Abschnitt unabhängig einstellbare Vakuumgrade hat. Nachdem die Bahn durch das Blatt geschnitten worden ist, wird sie von dem Blatt durch einen ersten Vakuumabschnitt 75 weg gezogen, wie dies in 2 gezeigt ist. Der erste Vakuumabschnitt 75 hat einen Vakuumgrad, der ausreicht, um die Bahn von dem Blatt weg zu ziehen, ohne ein unnötiges Crimpen, Biegen oder Reißen der Bahn zu bewirken, wenn diese geschnitten ist. Idealerweise erlaubt die Nähe der Unterdruck-Entnahmeeinheit 72 und der Vakuumgrad des ersten Vakuumabschnitts 75, dass das System "selbstschneidend" ist. Mit anderen Worten, sobald das Blatt 30 mit dem Schneiden einer kontinuierlichen Bahn beginnt, wird die Vorderkante durch den ersten Vakuumabschnitt 75 angezogen und positiv gesteuert, wobei die Bahn dann weiter befördert wird zur weiteren Verarbeitung in einer kontinuierlichen Weise.
Der zweite Vakuumabschnitt 77 hat einen Vakuumgrad, der ausreicht, um die Schaumbahn linear mit einer Geschwindigkeit im Wesentlichen gleich der tangentialen Drehgeschwindigkeit des drehenden Blocks zu ziehen. Der Abschnitt 77 ist primär ein Förderabschnitt, das heißt, sein primärer Zweck besteht darin, die Bahn in der Bahnrichtung mit konstanter Geschwindigkeit zu ziehen.
Die Bahn, die aus einem mit Wasser gefüllten HIPE-Schaumblock geschnitten worden ist, ist selbst mit Wasser gefüllt, so dass der Vakuumabschnitt 79 ein ausreichendes Vakuum hat, um die Bahn auf einem gewissen Grad zu entwässern, vorzugsweise etwa 50%. Der Vakuumabschnitt 79 hat einen primären Zweck in der Entfernung einer wesentlichen Wassermenge und ist der erste in einer Reihe von Entwässerungsschritten, die in einer bevorzugen Bahn-Formungsvorrichtung verwendet werden. Falls erwünscht oder bedarfsweise können weitere Entwässerungs- und Wasch/Entwässerungs-Schritte verwendet werden, um eine Bahn mit gewünschten physikalischen Eigenschaften herzustellen.
Die Bahn kann dann bedarfsweise zu einer weiteren Verarbeitung transportiert werden. Zum Beispiel kann im Falle HIPE-Schäumen die Bahn bedarfsweise entwässert, in Rollen, wie einen Rollenvorrat, aufgerollt oder auf eine andere Dicke komprimiert werden. Zusätzliche entwässernde Vakuumschuhe sowie verschiedene Trocknungsverfahren, die im Stand der Technik bekannt sind, wie beispielsweise eine Trocknung mit Strahlungswärme, können verwendet werden.

Claims

Vorrichtung (10) zum Bilden einer kontinuierlichen Materialbahn (50) aus einem Materialblock (1), wobei der Block vorzugsweise ein zylindrisch geformter Block aus offen-zelligem Schaum ist, der eine Basis und eine im allgemeinen orthogonal zu der Basis verlaufende Mittelachse (2) aufweist, wobei die Vorrichtung (10) umfasst: (a) eine drehbare Platte (20), so dass der Block (1) über seine Basis drehbar getragen ist; (b) ein Abtragungsmittel zum Abtragen von Stücken des Blocks, so dass ein abgetragenes Stück (65) in der Nähe der Basis des Blocks gebildet ist, wobei das Abtragungsmittel vorzugsweise eine Fräsvorrichtung ist; (c) ein Blatt (30), das im allgemeinen parallel zu der Mittelachse (2) des Blocks (1) angeordnet ist, wobei das Blatt (30) angeordnet ist, um in den Block (1) eine vorbestimmte Entfernung zu der Mittelachse (2) einzuschneiden, wobei das Blatt (30) einen Abschnitt aufweist, der wirksam in dem abgetragenen Stück (65) vorgesehen ist; (d) ein Drehmittel zum Drehen der Platte (20); (e) ein Vorrückmittel zum linearen Verringern der vorbestimmten Entfernung des Blatts (30) zu der Mittelachse (2); und (f) ein Steuerungsmittel zum Steuern des Blatts (30) und der Platte (20) in einer wirksamen Beziehung, so dass die kontinuierliche Bahn (50) erzeugt wird, wenn die Drehplatte (20) in Drehung versetzt ist, während die vorbestimmte Entfernung des Blatts (30) von der Mittelachse (2) kontinuierlich verringert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Blatt (30) ein kontinuierliches Bandsäge-Blatt, vorzugsweise ein zahnloses kontinuierliches Bandsäge-Blatt umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Blatt (30) einen daran angebrachten Polymerwulst (31) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch ein oberes Sicherungsmittel (54) und ein unteres Sicherungsmittel (56), wobei das obere Sicherungsmittel (54) über dem Block (1) angeordnet ist und das untere Sicherungsmittel (56) mindestens teilweise wirksam in dem abgetragenen Stück (65) vorgesehen ist, so dass das obere und untere Sicherungsmittel das Blatt (30) parallel zu der Mittelachse (2) des Blocks (1) gespannt halten.
Verfahren zum Bilden einer kontinuierlichen Materialbahn (50) aus einem Materialblock (1), der eine Basis und eine im allgemeinen vertikale Mittelachse (2) aufweist, die im allgemeinen orthogonal zu der Basis verläuft, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Bereitstellen des Blocks (1), der über seine Basis auf einer drehbaren Platte (20) getragen wird; b) Abtragen eines Stücks (65) des Blocks (1) in der Nähe der Basis; c) Bereitstellen eines Schneidblatts (30), das im allgemein parallel zu der Mittelachse (2) angeordnet ist, wobei das Schneidblatt (30) in einer vorbestimmten Entfernung zu der Mittelachse (2) angeordnet ist; und d) Bereitstellen eines unteren Blatt-Sicherungsmittels (56), welches mindestens teilweise wirksam in dem abgetragenen Stück (65) vorgesehen ist; e) lineares Vermindern der vorbestimmten Entfernung, vorzugsweise durch lineares Vorrücken der drehbaren Platte (20), während die drehbare Platte (20) in Drehung versetzt ist, so dass die kontinuierliche Bahn (50) erzeugt wird, wenn das Schneidblatt (20) in einer im wesentlichen spiralförmigen Bahn durch den zylindrischen Block (1) schneidet.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Stück (65) des Blocks (1) in der Nähe der Basis unter Verwendung einer Fräsvorrichtung abgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Steuerns der drehbaren Platte (20) und des Schneidblatts (30), so dass die Bahn (50) im Wesentlichen eine einheitliche Dicke aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Steuer-Schritt das Bestimmen einer Startposition und einer zeitabhängigen Soll-Entfernung entlang der spiralförmigen Bahn umfasst, die eine Soll-Position für die drehbare Platte (20) bestimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Position für die drehbare Platte sowohl eine Rotations-Komponente als auch eine Linear-Komponente umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die kontinuierliche Bahn (50) mit einer konstanten Linear-Geschwindigkeit erzeugt wird, wenn das Schneidblatt (30) in einer im Wesentlichen spiralförmigen Bahn durch den zylindrischen Block (1) schneidet.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 5 bis 10, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Materialblock (1) ein HIPE-Schaum und bevorzugter ein wassergefüllter HIPE-Schaum ist.