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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragen wenigstens eines Kerns aus geschäumtem Isoliermaterial eines Bauteils, insbesondere zum Herstellen von Bauteilen mit einem Kern aus geschäumtem Isoliermaterial, aufweisend eine Arbeitsfläche, die einen Untergrund zur Anordnung des herzustellenden Bauteils bildet, und einen Spritzkopf zum Auftragen von zu schäumendem Isoliermaterial.
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Büro- und Wohncontainer können in Abhängigkeit von einer späteren Verwendung aus Gründen der Energieeffizienz in Decken, Böden oder Wänden einen Kern aus Isoliermaterial aufweisen. Der Kern besteht zumeist aus geschäumtem Isoliermaterial, insbesondere Polyurethan-Schaum. Dieses wird zumeist mit einem Spritzkopf direkt auf dem Bauteil, in dem Bauteil oder in bzw. auf einem Teil des Bauteils aufgeschäumt. Beim Aufbringen bläht das Isoliermaterial stark auf und wächst innerhalb von Sekunden zu einer fest aushärtenden Schaumschicht mit guten thermischen Isoliereigenschaften an. Die Volumenzunahme des Isoliermaterials hängt dabei während der Herstellung von einer Vielzahl an Parametern ab, deren qualitativer und quantitativer Einfluss bisher nur rudimentär bekannt ist, so dass eine finale Höhe beziehungsweise Dicke des Kerns aus Isoliermaterial nur in sehr groben Grenzen einstellbar ist. Aktuell werden die Bauteile daher noch über eine vorgegebene Sollhöhe hinaus überspritzt, um die geforderte Mindestfüllhöhe sicher zu erreichen.
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Da eine wesentliche Anforderung darin besteht, dass der Kern aus geschäumtem Isoliermaterial eine finale Dicke innerhalb eines kleinen Toleranzbereichs aufweist, sind infolgedessen umfangreiche, manuelle Nacharbeiten zu leisten, die mit einer großen Menge zu entsorgenden Abfällen einhergehen. Darüber hinaus müssen beim Auftragen des Kerns aus Isoliermaterial auch Unebenheiten der Deckplatte sowie individuelle Eigenarten, wie zum Beispiel Plattengeometrie, Sicken oder Ähnliches egalisiert werden, so dass eine möglichst ebene Oberfläche des Kerns entsteht.
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Um das Problem stark unebener Oberflächen zu umgehen, ist aus der
EP 1518654 B1 ein Verfahren bekannt Sandwichplatten herzustellen, bei dem Polyurethan-Schaum zwischen zwei abrollende Bänder, beispielsweise aus Kunststofffolie oder Papier, gespritzt wird. Aus der
US 5620710 oder der
US 2004/0048941 A1 sind ähnliche Verfahren bekannt, wobei das Isoliermaterial zwischen zwei feststehende Platten gespritzt wird. Allen diesen Verfahren gemein ist jedoch, dass diese in Abhängigkeit von der Schaumbildung hinsichtlich der Größe des mit Isoliermaterial zu füllenden Raumes oder der verwendbaren Materialien beschränkt sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, die auch bei großflächigen Bauteilen die Herstellung eines Kerns aus geschäumtem Isoliermaterial ermöglicht und mit der Nacharbeiten durch eine möglichst ebene Oberfläche des geschäumten Kerns minimiert sind.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in nachgeordneten Patentansprüchen angegeben.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragen wenigstens eines Kerns aus geschäumtem Isoliermaterial eines Bauteils, insbesondere zum Herstellen von Bauteilen mit einem Kern aus geschäumtem Isoliermaterial, insbesondere zum Herstellen von Bodenelementen, Deckenelementen oder Wandelementen mit einem Kern aus geschäumten Isoliermaterial, aufweisend eine Arbeitsfläche, die einen Untergrund zur Anordnung des herzustellenden Bauteils bildet, und einen Spritzkopf zum Auftragen von zu schäumendem Isoliermaterial. Diese Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Spritzkopf in vorbestimmtem Abstand zu der Arbeitsfläche gehalten ist und in dieser Höhe oberhalb der Arbeitsfläche verfahrbar ist, und dass dem Spritzkopf oder der Arbeitsfläche wenigstens ein Sensor zugeordnet ist, mit dem die Höhe einer Oberfläche über der Arbeitsfläche, auf die wenigstens eine Schicht Isoliermaterial aufgebracht werden soll, ermittelbar ist.
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Mit dem Sensor wird dann in Abhängigkeit von einem bisherigen Schaumwachstum ermittelt, wie viel Isoliermaterial auf einen Teilbereich oder einen Flächenabschnitt eines auf der Arbeitsfläche angeordneten Bauteils beziehungsweise Teil eines Bauteils aufgebracht werden muss, um eine bestimmte Schichtdicke eines Kerns aus Isoliermaterial in beziehungsweise auf dem Flächenabschnitt zu erreichen. Sensor und Spritzkopf stehen dabei in weiterer Ausgestaltung derart miteinander in Verbindung, dass in Abhängigkeit von einem mit dem Sensor erfassten Wert bezüglich der Höhe einer Oberfläche oberhalb der Arbeitsfläche, auf die das Isoliermaterial aufgetragen werden soll, der Spritzkopf gesteuert wird, insbesondere dynamisch gesteuert wird.
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Nach einer Weiterbildung erfolgt die Steuerung des Spritzkopfs dadurch, dass dieser eine Ausgabedüse aufweist, die derart regelbar ist, dass diese einen veränderlichen Massenstrom Isoliermaterial auftragen kann. Eine solche Ausgabedüse ermöglicht eine dynamische Anpassung der Durchflussmenge während des Auftragens des Isoliermaterials, insbesondere während des Auftragens einer Schicht des Isoliermaterials. Bei konstanter Verfahrgeschwindigkeit des Spritzkopfs wird so auf verschiedene Flächenabschnitte beziehungsweise Teilbereiche des auf der Arbeitsfläche angeordneten Bauteils oder Teil des Bauteils, insbesondere der Deckplatte, in Abhängigkeit von einem in diesen Teilbereichen oder Flächenabschnitten erfolgten Schaumwachstum, eine bestimmte Menge Isoliermaterial aufgetragen.
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In die Ausgabedüse kann dazu ein entsprechendes Stellventil integriert sein. Das Stellventil wird dann in Abhängigkeit von einem mit dem Sensor zu dem Flächenabschnitt oder Teilbereich des Bauteils ermittelten Wert gesteuert.
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Nach einer alternativen Weiterbildung kann eine entsprechende Verteilung des Isoliermaterials, in Abhängigkeit von einem bisherigen Schaumwachstum zuvor aufgebrachter Schichten, aber auch durch einen Spritzkopf mit steuerbarer Verfahrgeschwindigkeit erreicht sein. Ein solcher Spritzkopf mit steuerbarer Verfahrgeschwindigkeit benötigt dann keine stellbare Ausgabedüse, um die Durchflussmenge Isoliermaterial zu regeln, da das Material mit konstantem Massenstrom aufgetragen werden kann. Im Ergebnis erfolgt bei beiden Weiterbildungen eine über die Fläche dynamische Steuerung der aufgetragenen Masse Isoliermaterial, wobei ein Spritzkopf beide Merkmale, das heißt sowohl die regelbare Ausgabedüse als auch eine veränderliche Verfahrgeschwindigkeit, aufweisen kann.
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Auf einfache Weise kann der Spritzkopf an einem Roboter gehalten und geführt sein. Der Roboter ist in weiterer Ausgestaltung derart konstruiert, dass dieser geeignet ist, den Spritzkopf in einer Ebene oberhalb der Arbeitsfläche zu verschieben, wobei der Spritzkopf mit der Ausgabedüse in der gesamten Ebene oberhalb der Arbeitsfläche so zu positionieren ist, dass auf der gesamten Arbeitsfläche Isoliermaterial auf ein Bauteil auftragbar ist. Für die Konstruktion des Roboters kommen daher verschiedene Ausführungen von einem Roboterarm bis zu einem Traggerüst mit geeigneten Verfahrelementen infrage.
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Als Sensor bevorzugt ist wenigstens ein 3-D-Laserscanner oder wenigstens ein Abstandssensor vorgesehen. Der Sensor ist weiterhin möglichst so an der Vorrichtung anzuordnen, dass zwischen diesem und dem zu erfassenden Bereich, das heißt der Arbeitsfläche, dem auf der Arbeitsfläche aufliegenden Bauteil oder der geschäumten Oberfläche oberhalb der Arbeitsfläche, keine die Messung beeinträchtigenden Einflussfaktoren vorliegen. Beispielsweise könnte der Spritzkopf des Roboters einen solchen Einflussfaktor darstellen, wenn dieser in dem Raum zwischen zu vermessender Oberfläche der Arbeitsfläche und Sensor bewegt wird oder auch andere Gegenstände in diesen Raum hineinragen.
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Nach einer Weiterbildung kann der Sensor daher zusammen mit dem Spritzkopf oberhalb der Arbeitsfläche verfahrbar sein, wobei der Sensor derart zu dem Spritzkopf angeordnet ist, dass der Spritzkopf nachlaufend zu dem Sensor angeordnet ist. Sowohl Sensor als auch Spritzkopf können dann zusammen an dem Roboter gehalten sein. Die von dem Sensor erfassten Werte werden dabei unmittelbar, das heißt auf kürzestem Wege an den Spritzkopf weitergeleitet. Der Spritzkopf kann zur Verarbeitung der erfassten Werte eine entsprechende Steuereinheit aufweisen, über die eine entsprechende Regelung erfolgt. Eine solche Regelung betrifft beispielsweise eine Änderung der Durchflussmenge oder eine Veränderung der Verfahrgeschwindigkeit.
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Um die Ausgangskomponenten des Isoliermaterials, Polyisocyanat und Harz, verarbeiten zu können, weist der Spritzkopf in weiterer Ausgestaltung eine Mischeinheit auf, welcher getrennte Zuleitungen für einzelne Komponenten des aufzuschäumenden Isoliermaterials zugeordnet sind. Die einzelnen Komponenten werden der Mischeinheit dabei bevorzugt in flüssiger Form zugeführt und vereinigen sich in der Mischeinheit, die der Ausgabedüse in Strömungsrichtung des Isoliermaterials vorteilhafterweise vorgeschaltet ist.
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Da ein gleichmäßiges Schaumwachstum des Isoliermaterials über die gesamte Fläche des Bauteils beziehungsweise des Kerns wesentlich von der Temperatur abhängig ist, ist nach einer Weiterbildung vorgesehen, dass die Vorrichtung oder Teile dieser beheizbar sind, insbesondere temperierbar sind. Sowohl der Arbeitsfläche als auch dem Spritzkopf der Vorrichtung können daher entsprechende Mittel zum Beheizen oder Kühlen oder Beheizen und Kühlen sowie geeignete Messeinrichtungen zugeordnet sein. Darüber hinaus können Mittel vorgesehen sein, um die Bauteile oder Teile dieser Bauteile, auf die das Isoliermaterial aufgetragen beziehungsweise in die das Isoliermaterial eingespritzt werden soll, zu temperieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Vorrichtung auch eine Kabine oder einen geschützten Raum aufweisen, in der beziehungsweise in dem sowohl die Arbeitsfläche als auch der Spritzkopf, insbesondere der Roboter mit dem Spritzkopf angeordnet sind. Dieser geschützte Raum beziehungsweise diese Kabine ermöglicht neben einer genauen Temperatureinstellung im Inneren auch eine Regulierung weiterer Umgebungseinflüsse, beispielsweise der Luftfeuchte und damit der Feuchtigkeit des Bauteils selbst.
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Um das Bauteil beziehungsweise die Teile des Bauteils in die Kabine beziehungsweise den geschützten Raum hinein und heraus zu transportieren, kann die Arbeitsfläche Mittel zum Transportieren des Bauteils aufweisen und mit einer Transporteinheit außerhalb der Kabine beziehungsweise des geschützten Raumes zusammenwirken. Damit ist auch die Handhabung des Bauteils selbst vollständig automatisiert möglich.
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Diese Transporteinheit kann auch eine Produktionsstraße sein in der verschiedene Fertigungsschritte der Bauteile aufeinander folgend hintereinander angeordnet sind. Die Kabine oder der geschützte Raum mit dem Spritzkopf wären dann ein solcher Fertigungsschritt, anfallende Nacharbeiten oder das Zusammenfügen der Kästen würden beispielsweise weitere Fertigungsschritte darstellen.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Arbeitsfläche eine automatische Abschneideinrichtung oder Hobeleinrichtung für überschüssiges Isoliermaterial zugeordnet ist, mit der in einer vorbestimmten Ebene oberhalb der Arbeitsfläche Isolierschaum von dem Bauteil, insbesondere dem Kern des Bauteils, abtragbar ist. Die Abschneideinrichtung oder Hobeleinrichtung weist dann jeweils wenigstens ein entsprechendes Werkzeug auf, mit dem der Kern aus geschäumtem Isoliermaterial nach dem Aushärten dieses auf eine bestimmte Höhe entsprechend einer geforderten Dicke des Kerns aus Isoliermaterials abtragbar ist.
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Mit einer solchen Abschneideinrichtung oder Hobeleinrichtung kann weiterhin eine Sammel- und/oder Auffangeinrichtung kombiniert sein, in der abgeschnittenes Isoliermaterial gesammelt wird. Eine solche Sammeleinrichtung könnte ein der Abschneideinrichtung oder der Hobeleinrichtung nachgeführter Schieber sein, insbesondere ein automatisch nachgeführter Schieber sein, der das abgeschnittene Isoliermaterial zu einem Sammelbehälter fördert. Alternativ könnte statt einem Schieber beispielsweise auch eine Absaugeinheit vorgesehen sein.
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Um zu entsorgende Abfälle an Isolierschaum, insbesondere den abgetragenen, abgeschnittenen Isolierschaum, zu reduzieren, können diese auch in den Schäumprozess rückgeführt werden. Hierfür sind ein Zerkleinerer zum Schreddern des gesammelten Isoliermaterials und eine mit dem Spritzkopf zusammenwirkende Einbringeinheit für geschreddertes beziehungsweise zerkleinertes Isoliermaterial nötig. Die Einbringeinheit kann beispielsweise ein Gebläse sein, welches das geschredderte beziehungsweise zerkleinerte Isoliermaterial während des Aufschäumens untermischt, insbesondere einbläst. Dies kann zum Beispiel direkt in den Massenstrom Isoliermaterial erfolgen oder zwischen einzelnen Schichten des aufgetragenen Isoliermaterials.
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Eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufs ist in der Zeichnung dargestellt.
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In einem ersten Fertigungsschritt 1 werden zunächst die Bauteile vorbereitet. Dieser Fertigungsschritt 1 umfasst das Zusammenfügen und Schweißen von Deckplatte und Rahmenelementen zu einem Kasten, der an der zu der Deckplatte gegenüberliegenden Seitenfläche hin offen ist. In einem zweiten Fertigungsschritt 2 wird der vorgefertigte Kasten des Bauteils dann temperiert und mit dieser Temperatur einem dritten Fertigungsschritt 3 zugeführt. Der Fertigungsschritt 3 umfasst das Ausschäumen des Kastens aus Deckplatte und Rahmenelementen, indem Isoliermaterial über einen Spritzkopf in dem Kasten verteilt wird.
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Das Auftragen und Verteilen des Isoliermaterials mit dem Spritzkopf erfolgt in Schichten, wobei der Spritzkopf mäanderförmig oberhalb des Bauteils geführt ist. Der Fertigungsschritt 3 des Auftragens des Isoliermaterials wird entsprechend der vorgesehenen Anzahl Schichten in 2 bis 3 Wiederholungen durchgeführt. Über eine dynamische Steuerung der Durchflussmenge oder der Verfahrgeschwindigkeit des Spritzkopfs können dabei in Abhängigkeit von einer jeweiligen Höhe von zuvor aufgebrachten Schichten Isoliermaterial in Teilbereichen oder Flächenabschnitten des Bauteils, insbesondere des Kastens aus Deckplatte und Rahmenelementen, unterschiedliche Mengen Isoliermaterial aufgetragen werden. Zur Ermittlung der Höhe von zuvor aufgebrachten Schichten Isoliermaterial kann der Vorrichtung wenigstens ein entsprechender Sensor zugeordnet sein. Über den Sensor werden dann für die Steuerung des Spritzkopfs nötige Daten ermittelt.
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Sobald der Kasten des Bauteils vollständig mit Isoliermaterial ausgeschäumt ist, wird dieser in einem nachfolgenden Fertigungsschritt 4 einer Trocknung zugeführt, bei der der geschäumte Kern aus Isoliermaterial aushärtet. Da der Kasten im Fertigungsschritt 3 zumindest geringfügig mit Isoliermaterial überfüllt wurde, um sicherzustellen, dass der Kasten vollständig mit Isoliermaterial gefüllt ist, folgt in einem nächsten Fertigungsschritt 5 ein Abtragen von überschüssigem Isoliermaterial. Dies kann manuell, mit einer Abschneideinrichtung oder einer Hobeleinrichtung erfolgen. Dabei anfallende Abfälle können gesammelt und in Fertigungsschritt 6 einem Schredder zugeführt werden, in dem das abgetrennte, überschüssige Isoliermaterial zerkleinert wird. Das zerkleinerte Isoliermaterial wird dann über eine Einbringeinheit in einem weiteren Fertigungsschritt 7 in einen weiteren, nachfolgend hergestellten Kern aus Isoliermaterial eingearbeitet. Das zerkleinerte Isoliermaterial kann dazu während des Auftragens der Schichten Isoliermaterial in Fertigungsschritt 3 eingeblasen beziehungsweise eingestreut werden.
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Die einzelnen Fertigungsschritte 1 bis 5 können dabei alle in einer Vorrichtung zum Auftragen des Kerns aus Isoliermaterial erfolgen oder aber die Vorrichtung zum Auftragen des Isoliermaterials in Fertigungsschritt 3 ist in eine Produktionsstraße integriert, bei der einzelne oder alle Fertigungsschritte 1 bis 5 voneinander getrennt erfolgen oder einzelne der Fertigungsschritte 1 bis 5 an Stationen der Produktionsstraße zusammengefasst sind.
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Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1518654 B1 [0004]
- US 5620710 [0004]
- US 20040048941 A1 [0004]
