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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von endlosen Schaumstoffblöcken, bei dem ein Reaktivgemisch auf eine untere Trennbahn aufgebracht und in eine Förderrichtung gefördert wird, wobei eine obere Trennbahn auf das aufschäumende Reaktivgemisch aufgebracht wird und wobei mindestens eine flächig ausgebildete Abdeckmatte von oben auf die obere Trennbahn aufgelegt wird, um dem Schaumstoffblock eine ebene obere Oberfläche zu verleihen, d. h. der hergestellte Schaumstoffblock soll einen möglichst rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Schaumstoffblöcken.
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Die bekanntesten Verfahren dieser Art sind unter der Bezeichnung „Petzetakis-Verfahren" und „Hennecke-Planibloc-Verfahren" bekannt (siehe hierzu Prof. Dr. Gerhard W. Becker et al. „Kunststoffhandbuch", Band 7, „Polyurethane", 2. Auflage, ISBN 3-446-13614-2, Seite 176-177). Beim Hennecke-Planibloc-Verfahren werden Matten mit Hilfe von Seilzügen und Gegengewichten mit einer einstellbaren Kraft auf den Schaumblock bzw. auf die oberhalb des Schaumblocks verlaufende Trennbahn aufgelegt. In
2 der genannten
EP 1 683 618 A2 ist zu erkennen, wie das Seil über Umlenkrollen geführt wird, wobei an einem Seilende die Matte hängt, die auf den Schaumblock aufgelegt wird, und wobei am anderen Seilende Gegengewichte aufgelegt werden, um die gewünschte Auflagekraft einzustellen.
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Die Matten hängen dabei in der Regel jeweils an einem gelenkigen Gestell, welche wiederum in einem größeren Rahmen aufgehängt sind. Das gelenkige Gestell sorgt dafür, dass die Matten während des Ablassens bzw. Anhebens eine geführte Bewegung durchführen und nicht einfach frei an dem Seil schwenken können. Alternativ können die Matten auch mit Hilfe einer Linearführung geführt werden.
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Nicht unproblematisch ist dabei der Start des Verfahrens, wenn nämlich die sogenannte Startvorrichtung, die für den Anlauf des Verfahrens benötigt wird, die jeweiligen Matten passiert hat und die Matten dann auf den Schaumstoffblock aufgelegt werden müssen. Hierfür wird Personal benötigt, wobei ein oder mehrere Mitarbeiter die Matten manuell auf den Schaumstoffblock herablassen, wobei visuell beurteilt werden muss, wie viel Gegengewicht bei der jeweiligen Matte aufgelegt werden muss, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, d. h. eine möglichst rechteckförmige Gestaltung des Querschnitts des Schaumstoffblocks zu erreichen.
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Im Lichte der vorstehend beschriebenen Situation liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung so fortzubilden, dass es möglich ist, den Vorgang des Auflegens der mindestens einen Abdeckmatte auf die obere Trennbahn zu automatisieren und die gewünschte Blockform des hergestellten Materials möglichst gut zu erreichen.
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Die Lös u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Abdeckmatte mit einem Hubantrieb in Wirkverbindung steht, wobei der Hubantrieb mit einer Regeleinrichtung in Verbindung steht, die die vertikale Höhe der mindestens einen Abdeckmatte regelt, dass die vom Hubantrieb auf die Abdeckmatte ausgeübte Kraft gemessen und der Regeleinrichtung zugeleitet wird und dass die Regeleinrichtung durch Ansteuerung des Hubantriebs die auf die Abdeckmatte ausgeübte Kraft auf einem vorgegebenen Wert hält.
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Dabei kann konkret vorgesehen werden, dass bei einer im Vergleich mit einem vorgegebenen Sollwert zu geringen ausgeübten Kraft die mindestens eine Abdeckmatte von der Regeleinrichtung veranlasst vom Hubantrieb angehoben wird bzw. bei einer im Vergleich mit dem vorgegebenen Sollwert zu hohen ausgeübten Kraft die mindestens eine Abdeckmatte von der Regeleinrichtung veranlasst vom Hubantrieb abgesenkt wird.
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Dabei kann die vertikale Position der mindestens einen Abdeckmatte erfasst und an einen Prozessleitstand oder eine Maschinensteuerung übermittelt werden. In diesem Falle ist vorteilhaft vorgesehen, dass im Prozessleitstand oder in der Maschinensteuerung anhand der übermittelten vertikalen Position der mindestens einen Abdeckmatte die tatsächliche Höhe des hergestellten Schaumstoffblocks am Ort der Abdeckmatte ermittelt und ausgegeben wird, was beispielsweise durch Darstellung auf einem Bildschirm erfolgen kann.
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Eine Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens sieht vor, dass beim Produktionsbeginn der Herstellung des Schaumstoffblocks das Absenken der mindestens einen Abdeckmatte von einer Außer-Betrieb-Position auf die obere Trennbahn von einem Prozessleitstand oder von einer Maschinensteuerung automatisiert erfolgt, sobald nach dem Produktionsbeginn eine vorgegebenen Zeit verstrichen und/oder ein vorgegebener Förderweg der unteren Trennbahn erreicht ist. Hierdurch kann der Produktionsvorgang verbessert automatisiert werden. Ferner muss nicht auf subjektive Eindrücke von Mitarbeitern abgestellt werden, so dass sich eine verbesserte Produktqualität ergibt.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Schaumstoffblöcken weist auf: Förderelemente zur Förderung einer unteren Trennbahn in eine Förderrichtung, auf die Reaktivgemisch aufgebracht werden kann, Förderelemente zur Aufbringung einer oberen Trennbahn auf das aufschäumende Reaktivgemisch und mindestens eine flächig ausgebildete Abdeckmatte, die von oben auf die obere Trennbahn aufgelegt werden kann, um dem Schaumstoffblock eine ebene obere Oberfläche zu verleihen. Der erfindungsgemäße Vorschlag ist gekennzeichnet durch einen Hubantrieb zum vertikalen Anheben und Absenken der mindestens einen Abdeckmatte, eine Regeleinrichtung zur Ansteuerung des Hubantriebs und mindestens einen Kraftsensor, mit dem die vom Hubantrieb auf die mindestens eine Abdeckmatte wirkende Kraft gemessen werden kann, wobei der Kraftsensor mit der Regeleinrichtung in Verbindung steht.
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Ferner können Messmittel angeordnet sein, mit denen die vertikale Höhe der mindestens einen Abdeckmatte erfasst werden kann, insbesondere in Bezug auf eine vorgegebene Referenzlinie.
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Bevorzugt sind auch Förderelemente zur Förderung zweier seitlicher Trennbahnen in die Förderrichtung vorgesehen, so dass die untere Trennbahn zusammen mit den beiden seitlichen Trennbahnen einen in einem Schnitt senkrecht zur Förderrichtung U-förmigen und nach oben offenen Aufnahmebereich für das Reaktivgemisch bilden. Die obere Trennbahn ist dabei bevorzugt schmaler als die lichte Weite zwischen den beiden seitlichen Trennbahnen.
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In Förderrichtung folgend sind vorteilhaft mindestens drei Abdeckmatten angeordnet. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass mindestens drei Abdeckmatten in der Aufschäumzone des Schaumstoffblocks angeordnet sind, wobei mindestens eine weitere Abdeckmatte hinter der Aufschäumzone folgt.
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Der Hubantrieb umfasst bevorzugt einen Elektromotor, der eine Trommel antreibt, mit der ein Seil oder Kabel aufgewickelt werden kann, welches mit der Abdeckmatte verbunden ist. Der Kraftsensor kann, muss aber nicht, am Übergang des Seils bzw. Kabels auf die Abdeckmatte angeordnet sein. Der Elektromotor ist bevorzugt ein Servomotor und/oder die Trommel ist bevorzugt mit einem Inkrementalgeber verbunden, um den Drehwinkel der Trommel zu erfassen. Dies erlaubt es in einfacher Weise, die effektive vertikale Höhe der Abdeckmatte zu ermitteln und somit die Höhe des Schaumstoffblocks am Ort der Abdeckmatte.
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Die mindestens eine Abdeckmatte ist bevorzugt mit einer Führungsanordnung verbunden, die die Abdeckmatte relativ zu einem ortsfesten Maschinenteil bei ihrer Auf- und Abwärtsbewegung führt, wobei die Führungsanordnung vorzugsweise ein gelenkig ausgebildetes Gestell oder eine Linearführung ist.
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Die Führungsanordnung ist dabei bevorzugt zwecks reibungsarmer Bewegung der Abdeckmatte mit Wälzlagern oder Wälzführungen versehen.
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Dank der vorgeschlagenen Vorgehensweise wird es möglich, den Vorgang des Auflegens der Matten auf den Schaumstoffblock zu automatisieren. In vorteilhafter Weise wird hierdurch weniger Personal beim Start des Herstellungsprozesses benötigt. Ferner ist es von Vorteil, dass infolge der vorgeschlagenen Vorgehensweise nicht auf den visuellen Eindruck eines Mitarbeiters abgestellt, sondern hierfür eine messbare physikalische Größe zu Grunde gelegt wird.
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Außerdem wird auch der zeitliche Ablauf des Auflegens der Matten durch die Automatisierung reproduzierbar. So kann das Ablassen der einzelnen Matten in Abhängigkeit der Fördergeschwindigkeit in einem zeitlich definierten Abstand zum Produktionsbeginn ausgelöst werden. Das ermöglicht es, den Prozess dahingehend zu optimieren, dass die gewünschte Blockform möglichst frühzeitig und reproduzierbar erreicht wird.
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Sind die Matten aufgelegt, kann durch das Messen der Seilkraft die Auflagekraft der Matte auf dem Schaum ermittelt bzw. präzise eingehalten werden. Das Einregeln der gewünschten Seilkraft erfolgt durch einen Regelkreis, bei dem das Drehmoment des Motors oder alternativ die Positionierung der Motorachse entsprechend der gemessenen Seilkraft eingestellt wird oder bei dem alternativ die Motorachse entsprechend der gemessenen Seilkraft positioniert wird.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
- 1 schematisch einen Teil einer Vorrichtung zur Herstellung von Schaumstoffblöcken, wobei auf die Oberseite des Schaumstoffblocks eine Abdeckmatte aufgelegt ist, gesehen in Förderrichtung des Schaumstoffblocks,
- 2 die seitliche Ansicht des Teils der Vorrichtung gemäß 1, wobei eine Führungsanordnung zur Führung der Abdeckmatte in Form eines gelenkig ausgebildeten Gestells schematisch dargestellt ist,
- 3 den Teil der Vorrichtung gemäß 1, wobei eine Führungsanordnung zur Führung der Abdeckmatte in Form von Linearführungen schematisch dargestellt ist, und
- 4 schematisch den Teil der Vorrichtung gemäß 1, wobei in der oberen Darstellung die sich auf einer Referenzlinie befindliche Abdeckmatte und in der unteren Darstellung die auf den Schaumstoffblock abgesenkte Abdeckmatte dargestellt ist.
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In den Figuren ist jeweils ein Teil einer Vorrichtung dargestellt, mit der Schaumstoffblöcke
1 hergestellt werden können. Die hierbei vorgesehene prinzipielle Verfahrensweise ist in der oben genannten
EP 1 683 618 A2 beschrieben und muss daher hier nicht näher erläutert werden. Prinzipiell wird über eine Fördervorrichtung eine (nicht dargestellte) untere Trennbahn in Förderrichtung
R gefördert; seitlich begrenzt wird die untere Trennbahn von zwei (nicht dargestellten) Trennbahnen, so dass eine nach oben offene U-förmige „Aufnahmewanne“ gebildet wird, in die ein flüssiges Reaktivgemisch eingebracht wird, welches in der Folge aufschäumt und den Schaumstoffblock
1 bildet.
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Konkret wird auf die Oberfläche der unteren Trennbahn von einem Mischkopf flüssiges und aufschäumfähiges Reaktivgemisch ausgebracht. Dieses schäumt zum Schaumstoffblock auf, während sich die untere Trennbahn kontinuierlich in Förderrichtung bewegt, wozu eine entsprechende Fördervorrichtung eingesetzt wird, die im Stand Technik als solche hinlänglich bekannt ist; Entsprechendes gilt auch für seitliche Trennbahnen.
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Gleichzeitig wird auf das aufschäumende Material von oben eine (nicht dargestellte) obere Trennbahn aufgebracht, die gleichermaßen in Förderrichtung R gefördert wird, so dass sich bei dem Produktionsprozess das aufschäumende Reaktivgemisch innerhalb der insgesamt vier Trennbahnen befindet und in Förderrichtung R gefördert wird.
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Damit dieser in einem Schnitt senkrecht zur Förderrichtung R eine möglichst rechteckige Form aufweist, wird auf die Oberseite der oberen Trennbahn mindestens eine Abdeckmatte 2 aufgelegt, die die obere Oberfläche glättet und so die Ausbildung der rechteckigen Form fördert.
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Zur Automatisierung sowie zur Optimierung des Herstellungsprozesses des Blockschaums ist die in allen Figuren skizzierte Anordnung vorgesehen, die sich wie folgt gestaltet:
- Die Abdeckmatte 2 ist mit einem Kabel oder Seil 10 verbunden, welches von einer Trommel 9 aufgewickelt werden kann. Die Trommel 9 ist mit einem Elektromotor 8 verbunden, der sie antreibt. Ferner ist eine Regeleinrichtung 4 vorhanden, die den Motor 8 ansteuert und mit einem Drehmoment M beaufschlagt. Zwischen dem Seil 10 und der Abdeckmatte 2 ist ein Kraftsensor 5 angeordnet, der die gemessene Seilkraft F einer Regeleinrichtung 4 zur Verfügung stellt; mit dem zwischen dem Seil 10 und der Abdeckmatte 2 angeordneten Kraftsensor 5 kann also die vom Seil 10 auf die Matte 2 wirkende Kraft F ermittelt werden. Über die Regeleinrichtung 4, die mit dem Kraftsensor 5 verbunden ist, ist auch der Elektromotor 8 signaltechnisch mit dem Kraftsensor 5 gekoppelt. Der Elektromotor 8, die Trommel 9 und das Seil bzw. Kabel 10 bilden insofern einen Hubantrieb 3, mit dem die Abdeckmatte 2 in gewünschter Weise angehoben und abgesenkt werden kann.
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Mit der erläuterten Anordnung steht also die Abdeckmatte 2 mit dem Hubantrieb 3 in Wirkverbindung, wobei der Hubantrieb 3 mit der Regeleinrichtung 4 in Verbindung steht. Hierbei wird die vom Hubantrieb 3 auf die Abdeckmatte 2 ausgeübte Kraft F gemessen und der Regeleinrichtung 4 zugeleitet. Damit wird erreicht, dass die Regeleinrichtung 4 durch Ansteuerung des Hubantriebs 3 (und namentlich dessen Elektromotor 8) die auf die Abdeckmatte 2 ausgeübte Kraft F auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden kann. Die Auflagekraft der Abdeckmatte während der Produktion kann somit unter Einsatz des Kraftsensors 5 präzise eingestellt, d. h. geregelt werden. Hierzu wird über den Elektromotor 8 das Seil 10 bei einer zu hohen Seilkraft F etwas weiter abgelassen und bei einer zu niedrigen Seilkraft F etwas weiter aufwickelt.
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Vorteilhaft ist dabei vorgesehen (und hierzu wird auf 4 Bezug genommen), dass gleichzeitig die Seillänge relativ zu einem Referenzpunkt automatisch erfasst und in einer Maschinensteuerung derartig verarbeitet wird, dass anhand dieser Daten das tatsächliche Steigprofil des Schaumes ermittelt wird. Hierzu ist in 4 ein Messmittel 6 zur Messung der vertikalen Höhe der Abdeckmatte 2 skizziert sowie eine Referenzlinie 7, von der aus sich die vertikale Höhe h (s. untere Darstellung in 4) der Abdeckmatte 2 bestimmt.
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Damit die Regeleinrichtung 4 nicht permanent nachregeln muss, kann vorgesehen werden, dass die Seilkraft F nur dann nachgestellt wird, wenn sie um einen bestimmten Mindestwert vom Sollwert abweicht. Dieses Toleranzfeld liegt bevorzugt in einem Intervall zwischen +/-2 N und +/-5N, bezogen auf den Sollwert für die Seilkraft F.
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Der Zeitpunkt des Ablassens der mindestens einen Abdeckmatte 2 nach Produktionsbeginn erfolgt bevorzugt automatisiert. Bei diesem Prozess strömt das Reaktivgemisch nach dem Produktionsstart in der Regel zunächst gegen eine sogenannte Startvorrichtung (dabei handelt es sich um eine Barriere, die verhindert, dass das flüssige Reaktivgemisch zu Produktionsbeginn unbegrenzt in Produktionsrichtung vorweg fließen kann) und beginnt dann entsprechend seiner Aufschäumcharakteristik zu expandieren. Das Auflegen der Matten 2 erfolgt in der Regel erst dann, wenn die Startvorrichtung den Bereich der jeweiligen Matte passiert hat. Mit Hilfe der Startposition der Startvorrichtung und der Produktionslänge (das kann entweder über die Produktionsdauer nach Starten der Fördervorrichtung und die Produktionsgeschwindigkeit berechnet werden oder die Papierlänge wird mit Hilfe eines Inkrementalgebers direkt gemessen) lässt sich der zeitliche Ablauf des Auflegens der Matten 2 somit vollständig automatisieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der beschriebenen Vorrichtung sind im Bereich der Aufschäumzone mindestens drei Matten 2 und unmittelbar hinter der Aufschäumzone noch mindestens eine Matte 2 vorgesehen.
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Wie oben bereits erwähnt, kann anhand des Messmittels 6 die tatsächliche vertikale Höhe h der Abdeckmatte 2 in Bezug auf eine Referenzlinie 7 festgestellt werden. Insoweit enthält dann die beschriebene Vorrichtung Mittel, mit deren Hilfe die Seillänge relativ zur Referenzlinie 7 erfasst werden kann. Dies ist zum Beispiel automatisch gegeben, wenn es sich bei dem Elektromotor 8 um einen Servomotor handelt. Alternativ kann die Trommel 9, auf der das Seil 10 aufgewickelt wird, auch mit einem Inkrementalgeber gekoppelt werden. Zunächst muss dabei der Referenzpunkt bzw. die Referenzlinie 7 festgelegt werden. Bei bekanntem Trommeldurchmesser müssen dann nur noch die Umdrehungen der Trommel 9 relativ zu dieser Referenzstellung erfasst werden, wodurch sich die Seillänge relativ zu diesem Referenzpunkt leicht errechnen lässt und damit auch die effektive vertikalen Höhe h der Abdeckmatte 2.
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Dadurch lässt sich die Vorrichtung gleichzeitig nutzen, um das tatsächliche Steigprofil des aufschäumenden Reaktivgemisches zu ermitteln und diese Daten dem Bediener graphisch oder tabellarisch aufbereitet als Information zur Verfügung zu stellen. Dadurch enthält der Bediener wertvolle Informationen über den Prozess, die er benutzen kann, um ggf. chemische oder mechanische Prozessparameter anzupassen. Gegebenenfalls könnten solche Anpassungen auch automatisiert oder teilautomatisiert erfolgen.
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Somit ermöglicht es die vorgeschlagene Vorrichtung auf einfache Art und Weise, Maßnahmen zur Optimierung des Prozesses zur Herstellung von Schaumstoff in einem kontinuierlichen Blockschaumprozess zu realisieren.
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Dabei ist es wichtig, dass die Höhenverstellung der Abdeckmatte 2 reibungsarm ausgeführt ist. Aufgrund der Haftreibungskräfte wird der Kraftsensor 5 in Abhängigkeit der letzten Drehrichtung der Seiltrommel 9 für gleiche Auflagekräfte unterschiedliche Seilkräfte F messen. Außerdem sorgt die Haftreibung dafür, dass im Falle einer Nachregelung, bei der sich ja zunächst nur die Seilkraft ändert, erst die Haftreibung überwunden werden muss, bevor sich die Abdeckmatte bewegt bzw. bevor sich auch die tatsächliche Auflagekraft der Matte auf dem Schaumblock ändert.
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Da die Blockform in den Ecken aber sehr feinfühlig auf die tatsächlichen Auflagekräfte der Matte reagiert, ist es wichtig, diesen Effekt möglichst gering zu halten.
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Die Führung der Abdeckmatte 2 relativ zu einem ortsfesten Maschinenteil 13 (Rahmen) muss daher reibungsarm ausgebildet sein. Zwei Ausführungsformen solche Führungsanordnungen 11, 12 sind in den 2 und 3 illustriert. In 2 ist als Führungsanordnung 11 ein gelenkig ausgebildetes Gestell vorgesehen. In 3 kommen Linearführungen 12 zum Einsatz.
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Für die Lagerstellen werden hierbei bevorzugt Wälzlager bzw. Wälzführungen 14 (insbesondere ausgebildet als Kugelbuchsen) eingesetzt, um die Reibung gering zu halten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaumstoffblock
- 2
- Abdeckmatte
- 3
- Hubantrieb
- 4
- Regeleinrichtung
- 5
- Kraftsensor
- 6
- Messmittel zur Messung der vertikale Höhe der Abdeckmatte (Inkrementalgeber)
- 7
- Referenzlinie
- 8
- Elektromotor
- 9
- Trommel
- 10
- Kabel / Seil
- 11, 12
- Führungsanordnung
- 11
- gelenkig ausgebildetes Gestell
- 12
- Linearführung
- 13
- ortsfestes Maschinenteil
- 14
- Wälzlager / Wälzführung
- R
- Förderrichtung
- F
- Kraft
- M
- Drehmoment
- h
- vertikale Höhe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1683618 A2 [0002, 0003, 0022]
- DE 2123216 C3 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Die bekanntesten Verfahren dieser Art sind unter der Bezeichnung „Petzetakis-Verfahren“ und „Hennecke-Planibloc-Verfahren“ bekannt (siehe hierzu Prof. Dr. Gerhard W. Becker et al. „Kunststoffhandbuch“, Band 7, „Polyurethane“, 2. Auflage, ISBN 3-446-13614-2, Seite 176-177) [0003]
