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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung von Blockschaumstoff, wobei auf den Boden eines
Formkastens ein an seiner Unterseite offener Behälter aufgebracht wird, der
Behälter
mit zur Schaumbildung befähigtem
Reaktionsgemisch gefüllt
wird und anschließend
entfernt wird.
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Im
diskontinuierlichen Verfahren zur Herstellung von Blockschaumstoff,
beispielsweise zur Herstellung von Polyurethanschaumstoff, wird üblicherweise
eine Reaktionsmischung auf den Boden eines Behälters aufgetragen. Die Reaktionsmischung schäumt auf,
expandiert währenddessen
und nimmt den durch den Behälter
zur Verfügung
stehenden Raum ein. Der Behälter
wird hierbei häufig
als Schäumkiste
und das Verfahren als "discontinuous box
foaming" bezeichnet.
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Wird
die Reaktionsmischung in einem Mischkopf unmittelbar vor der Herstellung
des Blockschaumstoffes angesetzt und auf den Boden des Behälters aufgetragen,
so vergeht eine gewisse Zeitspanne zwischen dem Beginn und dem Ende
des Auftragens. Während
dieser Zeit fließt
das Reaktionsgemisch aber bereits über den Boden des Behälters und
reagiert unter Schaumbildung. Im Ergebnis liegen Zonen unterschiedlichen
Alters und unterschiedlichen Reaktionsfortschrittes im fertigen
Produkt vor. Diese Variation der Eigenschaften, beispielsweise die
Variation der Schaumdichte, ist jedoch für die weitere Verarbeitung
des erhaltenen Blockschaumstoffes nachteilig.
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Um
ein homogeneres Reaktionsgemisch auf den Boden der Schäumkiste
aufzutragen, wurde vorgeschlagen, das Reaktionsgemisch in einem
bodenlosen Behälter
anzusetzen, zu vermischen und diesen Behälter zu entfernen. Diese Vorgehensweise wird
auch "golden bucket" genannt.
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So
offenbart
DE 29 01
177 A1 eine Einrichtung zur diskontinuierlichen Herstellung
von Blockschaumstoff, wobei eine in einem brückenartigen Rahmengestell senkrecht
verschiebbare, mit Komponentenzuleitungen versehene, einen Rührer aufweisende
Mischvorrichtung angeordnet ist, die als Mischbehälter einen
an einer Kopfplatte angeordneten und auf den Boden eines darunter
positionierbaren Formkastens aufsetzbaren, bodenlosen Zylindermantel
aufweist. Bei diesen Einrichtungen wird der als Mischkammer dienende
bodenlose Zylindermantel vor dem Einbringen der Reaktionskomponenten auf
den Boden des Formkastens abgesenkt. Ist der Mischvorgang beendet,
wird die Mischvorrichtung mit dem bodenlosen Zylindermantel wieder
angehoben. Die vermischten Reaktionskomponenten fließen dann über den
Boden des Formkastens.
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US 2/649/620 A offenbart
ein Verfahren zur Herstellung von Blockschaumstoff, umfassend das Plazieren
einer kontinuierlichen, starren und aufrecht stehenden Seitenbegrenzung
auf den Boden eines Formkastens, um eine relativ kleine Fläche davon
abzugrenzen und um so ein auseinandernehmbares Mischgefäß zu bilden.
Auch hier wird dieser so gebildete Mischbehälter mit Reaktionsmischung
befüllt und
anschließend
nach oben hin entfernt. Insgesamt weist der Mischbehälter eine
zylindrische Form auf.
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Bei
den beschriebenen zylindrischen Formen des Mischbehälters breitet
sich die Reaktionsmischung nach dem Anheben des Behälters radial auf
dem Boden des Formkastens aus. In der Regel wird der Mischkasten
in die Mitte des Formkastenbodens gestellt. Weist der Formkasten
selber keinen kreisförmigen
Querschnitt auf, sondern den in der Produktion üblichen rechteckigen Querschnitt,
so erreicht die Wellenfront der Reaktionsmischung zunächst die
Längsseite
des Formkastens. Diese ist die Seite mit dem kürzesten Abstand zum Bodenmittelpunkt.
Anschließend
erreicht die Wellenfront die Querseiten und zuletzt die Ecken des
Formkastens. Beim Auftreffen der Wellenfront auf die Seitenwände kann
sich das Reaktionsgemisch nur noch nach oben hin ausbreiten. Dieses
führt zu
Schichtungserscheinungen und zur Kompression des randständigen Materials
durch weiter Innen liegendes schäumendes Reaktionsgemisch.
Dadurch, dass die Wellenfront des Reaktionsgemisches die Wände des
Formkastens zu unterschiedlichen Zeiten erreicht, treten letztendlich
Inhomogenitäten
im fertigen Schaumkörper auf.
Diese machen sich insbesondere durch Dichteschwankungen bemerkbar.
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Aufgrund
der Viskosität
des Reaktionsgemisches, der Temperatur- und der Schaumentwicklung durch
den Beginn der Reaktion beobachtet man während des Fliessens des Gemisches
weitere fluiddynamische Phänomene.
Erreicht eine Wellenfront zu früh
die Wand des Formkastens, so wird sie teilweise zurückreflektiert.
Die reflektierten Wellen überlagern sich
dann mit anderen Wellen im sich ausbreitenden Reaktionsgemisch.
Durch das Fliessen des Gemisches aus dem Mischbehälter selbst
werden ebenfalls Wellen erzeugt. Insgesamt können durch unerwünschte Wellenüberlagerungen
nach dem Einsetzen der Schäumungsreaktion
ebenfalls Inhomogenitäten
im fertigen Schaumkörper
vorliegen.
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Aus
dem Vorangegangenen wird deutlich, dass weiterhin der Bedarf nach
einem Verfahren zur Herstellung von Blockschaumstoff besteht, bei
dem im erhaltenen Schaumstoffkörper
geringere Dichteschwankungen zu verzeichnen sind. Die vorliegende Erfindung
hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein solches verbessertes Verfahren
und eine dafür
geeignete Vorrichtung bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß gelöst wird
die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Blockschaumstoff,
wobei auf den Boden eines Formkastens ein an seiner Unterseite offener
Behälter
aufgebracht wird, der Behälter
mit Reaktionskomponenten gefüllt
wird und anschließend entfernt
wird und wobei weiterhin beim verwendeten Behälter dessen horizontale Querschnittskontur
beschrieben werden kann, indem man ausgehend von einem mindestens drei
Eckpunkte umfassenden Grundkörper
im Bereich von mindestens einem der Eckpunkte eine Ausbuchtung vorsieht.
Durch diese Formgebung erreicht man, dass nach dem Entfernen des
Behälters
die sich ausbreitende Fluidfront mit Reaktionsmischung der Geometrie
des Formkastens immer weiter anpasst und so schließlich die
Wände und
Ecken des Formkastens gleichzeitig oder mit geringerer Zeitverzögerung als
bei einem konventionell geformten Behälter erreicht. Hieraus ergeben
sich nach Beendigung der Schaumreaktion homogenere Produkteigenschaften,
insbesondere eine gleichmäßigere Dichteverteilung,
im Schaumkörper.
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Die
Form des Behälters
lässt sich
zweckmäßigerweise
dadurch beschreiben, dass man den horizontalen Querschnitt des Behälters betrachtet.
Somit wird eine Beschreibung des Behälters auf eine Betrachtung
der Kontur dieses Querschnitts reduziert. Die Kontur gibt dann den
Verlauf der Wand des Behälters
an. Die Kontur selbst kann dann als Kombination oder Verschmelzung
eines Grundkörpers
mit Formelementen, welche eine Ausbuchtung vom Inneren des Behälters darstellen,
beschrieben werden.
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Die
Ausbuchtung kann beispielsweise die Form eines Kreisbogens, die
Form eines Ellipsenausschnittes oder eine Parabelform annehmen.
Die Ausbuchtung ist an den Eckpunkten des Grundkörpers vorgesehen. Hierunter
ist zu verstehen, dass die Ausbuchtung im Bereich des Eckpunkts
angeordnet ist und somit der Eckpunkt in der Ausbuchtung aufgeht.
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In
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfasst der Grundkörper
vier Eckpunkte, es sind jeweils benachbarte Eckpunkte durch konkave
Linien miteinander verbunden und es ist an jedem der vier Eckpunkte
eine Ausbuchtung vorgesehen. Somit kann der Grundkörper als
ein Viereck beschrieben werden, dessen Seiten nicht gerade, sondern
zum Inneren des Vierecks gekrümmt sind.
Die Eckpunkte dieses deformierten Vierecks gehen dann in der Ausbuchtung
auf, werden also von dieser umgeben. Die Verschmelzung der äußeren Konturen
des deformierten Vierecks und der Ausbuchtung ergibt dann die horizontale
Querschnittskontur des Behälters.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfasst der Grundkörper vier
Eckpunkte, es sind jeweils benachbarte Eckpunkte durch konvexe Linien
miteinander verbunden und es ist an jedem der vier Eckpunkte eine
Ausbuchtung vorgesehen. Somit kann der Grundkörper als ein Viereck beschrieben
werden, dessen Seiten nicht gerade, sondern vom Inneren des Vierecks
hinweg gekrümmt
sind. Die Eckpunkte dieses deformierten Vierecks gehen dann in der
Ausbuchtung auf, werden also von dieser umgeben. Die Verschmelzung
der äußeren Konturen des
deformierten Vierecks und der Ausbuchtung ergibt dann die horizontale
Querschnittskontur des Behälters.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfasst der Grundkörper vier
Eckpunkte, es sind jeweils benachbarte Eckpunkte durch gerade Linien
miteinander verbunden und es ist an jedem der vier Eckpunkte eine
Ausbuchtung vorgesehen. Somit kann der Grundkörper als ein Viereck beschrieben
werden, dessen Seiten gerade sind. Gegenüberliegende Seiten können parallel
sein und benachbarte Seiten können
in einem rechten Winkel zueinander stehen. Insgesamt kann sich so
beispielsweise ein Parallelogramm, ein Rechteck oder ein Quadrat
ergeben. Die Eckpunkte dieses Vierecks gehen dann in der Ausbuchtung
auf, werden also von dieser umgeben. Die Verschmelzung der äußeren Konturen
des Vierecks und der Ausbuchtung ergibt dann die horizontale Querschnittskontur
des Behälters.
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Ist
der Grundkörper
ein Rechteck, so können weiterhin
die Längsseite
des Grundkörpers
und die Längsseite
des Bodens des Formkastens ein Längenverhältnis von ≥ 1:2 bis ≤ 1:5 aufweisen.
Das Längenverhältnis kann
auch in einem Bereich von ≥ 1:2,5
bis ≤ 1:4
oder von ≥ 1:3
bis ≤ 1:3,5
liegen.
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Ist
der Grundkörper
ein Rechteck, so können weiterhin
die Querseite des rechteckförmigen
Grundkörpers
und die Querseite des Bodens des Formkastens ein Längenverhältnis von ≥ 1:2 bis ≤ 1:5 aufweisen.
Das Längenverhältnis kann
auch in einem Bereich von ≥ 1:2,5
bis ≤ 1:4
oder von ≥ 1:3
bis ≤ 1:3,5 liegen.
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Ist
der Grundkörper
ein Rechteck, so können die
Ausbuchtungen Teile eines Kreisbogens sein und einerseits der Abstand
des Mittelpunkts des zugrundeliegenden Kreises zum korrespondierenden
Eckpunkt des Rechtecks und andererseits der dem Kreisbogen zugrundeliegende
Radius ein Längenverhältnis von ≥ 1:10 bis ≤ 1:1 aufweisen.
Hierdurch wird letztendlich der Abstand der kreisbogenförmigen Ausbuchtung
vom als intermediäres
Konstruktionselement benutzen Eckpunkt des Rechtecks beschrieben.
Beträgt
das genannte Längenverhältnis beispielsweise
1:10, so bedeutet dieses, dass der Mittelpunkt des zugrundeliegenden
Kreises um den Betrag von 10% seines Radius vom Eckpunkt entfernt
ist. Der Bereich der Längenverhältnisse
kann auch ≥ 1:50
bis ≤ 1:1
oder ≥ 1:10
bis ≤ 1:40
betragen.
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Ist
der Grundkörper
ein Rechteck und sind die Ausbuchtungen Teile eines Kreisbogens,
können der
dem Kreisbogen zugrundeliegende Radius und eine Seite des rechteckförmigen Grundkörpers ein Längenverhältnis von ≥ 1:1 bis ≤ 1:10, von ≥ 1:2 bis ≤ 1:8 oder
von ≥ 1:4
bis ≤ 1:6
aufweisen. Hierdurch kann angegeben werden, welchen Anteil an der
Gesamtkontur des Querschnitts die Ausbuchtung innehat.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist der Blockschaumstoff Polyurethanschaumstoff und die Reaktionskomponenten
umfassen eine Polyolkomponente und eine Isocyanatkomponente. Die
Reaktionskomponenten können
entweder fertig vorgemischt in den Behälter gegeben werden oder es
können
die Polyolkomponente und die Isocyanatkomponente separat im Behälter vorgelegt
und dann beispielsweise mittels eines Rührwerks vermischt werden.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur diskontinuierlichen Herstellung
von Blockschaumstoff, umfassend einen Formkasten und einen in den
Formkasten einlegbaren Deckel. Der Deckel weist eine Aussparung
auf, welche die Kontur eines Behälters
nachbildet. Die horizontale Querschnittskontur des Behälters kann
beschrieben werden, indem man ausgehend von einem mindestens drei
Eckpunkte umfassenden Grundkörper
im Bereich von mindestens einem der Eckpunkte eine Ausbuchtung vorsieht.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass der Deckel durch seine Seitenwände auf dem Boden des Formkastens
abgestützt
wird, so dass unter dem Deckel ein Hohlraum entsteht. Dieser Hohlraum
kann mittels des erfindungsgemäß ausgestalteten
Behälters
mit Reaktionsmischung befüllt werden.
Die Reaktionsmischung breitet sich gleichförmig über den Boden des Formkastens
auf, schäumt
auf und drückt
im weiteren Verlauf der Schaumentwicklung den Deckel nach oben.
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Die
Aussparung im Deckel, also in der horizontalen Deckelfläche, ist
zur Aufnahme eines Behälters
geeignet, welcher die vorstehend beschriebenen Geometrien aufweisen
kann. Die Vorrichtung ist insbesondere zur Herstellung von Polyurethanschaum
geeignet.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen
weiter erläutert.
Es zeigen:
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1 die
horizontale Querschnittskontur eines Behälters für das erfindungsgemäße Verfahren
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2 die
horizontale Querschnittskontur eines weiteren Behälters für das erfindungsgemäße Verfahren
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3 die
horizontale Querschnittskontur eines weiteren Behälters für das erfindungsgemäße Verfahren
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3a die
geometrische Konstruktion der Querschnittskontur des Behälters aus 3
-
4 eine
weitere Variante einer Querschnittskontur aus 3
-
5 eine
weitere Variante einer Querschnittskontur aus 3
-
6 eine
weitere Variante einer Querschnittskontur aus 3
-
7 einen
Formkasten zur Herstellung von Blockschaumstoff
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8a–8c den
zeitlichen Verlauf des Befüllens
eines Formkastens
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1 zeigt
die horizontale Querschnittskontur eines Behälters, welcher im erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzt wird. Insgesamt weist der Behälter im Querschnitt eine längliche
Form auf mit einer langen Seite 1 und einer kurzen Seite 2.
An den Ecken der Kontur befinden sich gekrümmte Ausbuchtungen 3,
welche als Teile eines Kreisbogens betrachtet werden können. In
der vorliegenden Kontur sind die Konturen der langen Seite 1 und
der kurzen Seite 2 jeweils konkav ausgebildet, also zum
Inneren des Behälters
hin gekrümmt.
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2 zeigt
die horizontale Querschnittskontur eines weiteren Behälters, welcher
im erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzt wird. Insgesamt weist der Behälter im Querschnitt eine längliche
Form auf mit einer langen Seite 1 und einer kurzen Seite 2.
An den Ecken der Kontur befinden sich gekrümmte Ausbuchtungen 3,
welche als Teile eines Kreisbogens betrachtet werden können. In
der vorliegenden Kontur sind die Konturen der langen Seite 1 und
der kurzen Seite 2 jeweils konvex ausgebildet, also vom
Inneren des Behälters
weg gekrümmt.
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3 zeigt
die horizontale Querschnittskontur eines weiteren Behälters, welcher
im erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzt wird. Insgesamt weist der Behälter im Querschnitt eine längliche
Form auf mit einer langen Seite 1 und einer kurzen Seite 2.
An den Ecken der Kontur befinden sich gekrümmte Ausbuchtungen 3,
welche als Teile eines Kreisbogens betrachtet werden können. In
der vorliegenden Kontur sind die Konturen der langen Seite 1 und
der kurzen Seite 2 jeweils gerade ausgebildet. Diese geraden
Abschnitte 1 und 2 der Kontur und somit der Behälterwand
können
als Reste eines rechteckigen Grundkörpers angesehen werden. Werden
die Abschnitte 1 und 2 verlängert, bis sie sich schneiden,
erhält
man geometrisch den rechteckigen Grundkörper. Ebenso können die
gekrümmten
Ausbuchtungen 3 als Teile eines Kreisbogens betrachtet
werden.
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Zum
besseren Verständnis
zeigt 3a die geometrische Konstruktion
der in 3 dargestellten Kontur, also der Behälterwand.
Der rechteckige Grundkörper
wird durch die Wandabschnitte 1, 2, 4 und 5 aufgebaut.
Die Ecken werden durch Punkte 6 bezeichnet. Gleichzeitig
sind die Ecken 6 Mittelpunkte für Kreise, die durch Kreisbögen 3 und 7 gebildet werden.
Werden die Kreise und der rechteckige Grundkörper miteinander kombiniert,
so entfallen die gestrichelt gezeichneten Segmente und eine Querschnittskontur
gemäß 3 bleibt übrig.
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4 zeigt
eine weitere Variante eines horizontalen Querschnitts eines Behälters für das erfindungsgemäße Verfahren.
Hierbei sind im Gegensatz zu 3 die Mittelpunkte
der Kreise, welche die kreisbogenförmigen Ausbuchtungen 3 bilden,
außerhalb
des rechteckigen Grundkörpers
mit den Wandabschnitten 1 und 2 positioniert.
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5 zeigt
eine weitere Variante einer horizontalen Querschnittskontur eines
Behälters
für das erfindungsgemäße Verfahren.
Hierbei sind wie in 3 zwar die Mittelpunkte der
Kreise, welche die kreisbogenförmigen
Ausbuchtungen 3 bilden, auf den Ecken der rechteckigen
Grundkörpers
positioniert. Allerdings ist der Radius der Kreise genauso groß wie die
kürzere
Seitenlänge
des Rechtecks, so dass der Wandabschnitt 2 aus 3 nicht
mehr zu erkennen ist.
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6 zeigt
eine weitere Variante einer horizontalen Querschnittskontur eines
Behälters
für das erfindungsgemäße Verfahren.
Hierbei sind im Gegensatz zu 3 die Mittelpunkte
der Kreise, welche die kreisbogenförmigen Ausbuchtungen 3 bilden,
innerhalb des rechteckigen Grundkörpers mit den Wandabschnitten 1 und 2 positioniert.
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7 zeigt
einen Formkasten zur Herstellung von Blockschaumstoff. Dieser Formkasten
weist die Wände 8 und 9 auf.
Die vierte Seitenwand 8',
welche in der Zeichnung angedeutet ist, ist über Scharniere 10 zur
Seite geklappt worden. In den Formkasten ist Deckel 11 eingelegt
worden. Der Deckel 11 wird durch seine Seitenwände auf
dem Boden des Formkastens abgestützt,
so dass unter dem Deckel 11 ein Hohlraum entsteht. Dieser
Hohlraum kann mit zur Schaumbildung befähigter Reaktionsmischung befüllt werden.
Deckel 11 weist eine Aussparung 12 auf, welche
zur Aufnahme eines Behälters
geeignet ist. Die horizontale Querschnittskontur dieser Aussparung
und somit des entsprechenden Behälters wird
durch einen rechteckförmigen
Grundkörper
dargestellt, welcher an den Ecken weiterhin gekrümmte Ausbuchtungen aufweist.
Es ist zweckmäßig, dass die
Aussparung 12 des Deckels 11 mit der Form des Behälters korrespondiert,
da so eine Abdichtung des Deckels gegenüber der Reaktionsmischung besser erreicht
werden kann.
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8a–8c zeigen
schematisch, wie in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Boden eines Formkastens
mit Reaktionsgemisch befüllt
wird. Der Blick ist jeweils direkt von oben auf den Formkasten. 8a stellt
die Ausgangslage dar. Der Formkasten wird durch Längsseiten 8 und
Querseiten 9 sowie durch den Boden 13 gebildet.
In der Mitte des Formkastens ist ein Behälter positioniert, welcher
einen rechteckförmigen
Grundkörper,
gebildet durch Wandabschnitte 1 und 2, sowie gekrümmte Ausbuchtungen 3 aufweist.
Der Behälter
ist mit zur Schaumbildung befähigtem
Reaktionsgemisch 14 gefüllt.
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In 8b ist
der an seiner Unterseite offene Behälter nach oben hin entfernt
worden. Entsprechend fließt
Reaktionsgemisch 14 über
den Boden 13 des Formkastens. Bedingt durch die Gestaltung des
Behälters
breitet sich das Reaktionsgemisch 14 nicht radial gleichförmig aus,
sondern geht von der ursprünglichen
Behälterform
aus. Im Zuge der Ausbreitung nähert
sich die Form des ausbreitenden Reaktionsgemisches 14 immer
weiter der Geometrie des Formkastens an.
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Die
sich ausbreitende Wellenfront 15 ist durch eine gestrichelte
Linie dargestellt.
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8c zeigt
einen zeitlich späteren
Zustand nach Entfernen des Behälters.
Die Reaktionsmischung 14 bedeckt nun fast den gesamten
Boden 13 des Formkastens. Man erkennt, dass der Abstand der
Wellenfront 15 zu den Längsseiten 8 und
Querseiten 9 sowie zu den Ecken des Formkastens nur geringe
Unterschiede aufweist. Die Wellenfront 15 wird die Wände 8, 9 des
Behälters
sowie dessen Ecken im Wesentlichen zur gleichen Zeit erreichen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde vorstehend beschrieben als zu einem
Verfahren zur Herstellung von Blockschaumstoff gehörend. Es
ist jedoch auch im Rahmen der Erfindung und ihrer Äquivalente, dass
das Verfahren mit dem erfindungsgemäß beschriebenen Behälter überall dort
eingesetzt werden kann, wo es darauf ankommt, ein Fluid, insbesondere ein
viskoses und/oder reagierendes Fluid, so auf einer Fläche zu verteilen,
dass das Fluid die jeweiligen vertikalen Flächenbegrenzung mit möglichst
geringem Zeitunterschied erreicht.
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- 1
- Seite
der Querschnittskontur
- 2
- Seite
der Querschnittskontur
- 3
- Ausbuchtung
- 4
- gerader
Seitenabschnitt der Querschnittskontur
- 5
- gerader
Seitenabschnitt der Querschnittskontur
- 6
- Ecke
des rechteckförmigen
Grundkörpers
- 7
- Kreisbogen
- 8
- Wand
des Formkastens
- 9
- Wand
des Formkastens
- 10
- Scharnier
- 11
- Deckel
- 12
- Aussparung
- 13
- Boden
des Formkastens
- 14
- Reaktionsgemisch
- 15
- Wellenfront