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Die Erfindung betrifft ein gießformloses Verfahren zum Herstellen
von geschäumten Gegenständen, die einen geschäumten
Polyurethankern und ein den Kern eingegossen umhüllendes Überzugmaterial
aufweisen, ohne die Verwendung von gebräuchlichen Gießformen.
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Zahlreiche geschäumte Gegenstände wie Fahrzeugsitzpolster,
Kopfstützen, Armlehnen und dgl. werden im allgemeinen unter
der Verwendung von Gießformen hergestellt, wobei die jeweilige
Aushöhlung derselben entsprechend der äußeren Kontur des
gewünschten Endproduktes geformt ist. Ein Überzug oder ein
Deckschichtmaterial, wie beispielsweise ein Gewebe bzw. Natur- oder
Kunstleder, wird in die Aushöhlung der Gießform gebracht,
wobei dies über die gesamte Innenfläche der Aushöhlung der Form
gelegt wird, dabei wird dieses derart geformt, daß es sich der
Innenfläche der Aushöhlung anpaßt. In das Innere des
Überzugmaterials, das in die Aushöhlung der Gießform eingebracht wurde,
wird eine flüssige schäumbare Zusammensetzung gegossen, und
man läßt diese so schäumen und ausdehnen, bis diese die
Innenfläche des Überzuges erreicht hat und an diese angegossen wird.
Die schäumende Zusammensetzung übt über das Überzugsmaterial
einen starken Druck gegen die Wand der Aushöhlung aus, und haftet
dadurch fest und integral an der Innenseite des Überzuges.
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Es herrscht seit langem die Auffassung vor, daß Gießformen zur
Herstellung von geschäumten Artikeln feste und schwere
metallische Strukturen aufweisen müssen, um die starken, durch das
Schäumen der Zusammensetzung verursachten Drücke aushalten zu
können, und um eine akkurate äußere Konfiguration des
Endproduktes sicherzustellen. Derartige Gießformen sind jedoch
teuer in der Herstellung und schwierig zu handhaben. Außerdem
benötigen derartige Gießformen große Bauräume. Darüberhinaus
kann die Wandform der Aushöhlung von gebräuchlichen Gießformen
nicht einfach verändert werden, wenn dies notwendig ist, weil
verschiedene Oberflächenkonfigurationen des Endproduktes benötigt
werden.
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Obwohl die schäumende Zusammensetzung während des Schäumens
Innerhalb des Überzuges einen starken Druck auf den Überzug
ausübt, kann dieser nicht dazu herangezogen werden, Falten und
Knicke, die beim Einbringen des Überzuggewebes in die Gießform
verursacht wurden, zu glätten und zu entfernen. Daher besteht
nicht die Möglichkeit, daß Falten, die beim Einbringen des
Überzuges gebildet wurden, geglättet oder entfernt werden.
Demzufolge ist das Einbringen des Gewebes ein sehr wichtiger
Vorgang, und das Gewebe muß in einer solch akkuraten und
regelmäßigen Art und Weise eingebracht werden, daß es sich ohne
Falten in innigem Kontakt mit der Innenseite der Aushöhlung
befindet. Dies erfordert beschwerliche und zeitraubende manuelle
Arbeit.
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Darüberhinaus ist es möglich, daß der in den gebräuchlichen
Gießformen eingebrachte Überzug sich vor dem Eingießen des
schäumenden Materials aus der zutreffenden Position leicht
herausbewegt. Selbst wenn das Gewebe akkurat in die Gießform
eingebracht werden konnte, ist dieser eingebrachte Zustand nur
provisorisch und ist nicht fixiert. Demzufolge kann das
Überzuggewebe durch Schwingungen oder Schocks, die auf die Gießform
ausgeübt werden, leicht aus dessen zutreffender Position heraus
bewegt werden. Das Überprüfen des Lagezustandes des Gewebes
ist jedoch während des Herstellungsprozesses äußerst schwierig.
Es ist insbesondere nach dem Schließen des Deckels der Gießform
unmöglich, die Lage des Gewebes in der Form zu überprüfen.
Demzufolge müssen die nachfolgenden Eingieß- und Schäumschritte
der schäumbaren Zusammensetzung durchgeführt werden, ohne daß
die Lage des Gewebes überprüft werden kann, wobei das große
Risiko eingegangen wird, fehlerhafte Gegenstände zu erzeugen.
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Ein weiteres Problem besteht darin, daß die schäumbare
Zusammensetzung nach dem Stand der Technik vom Eingießen bis zum
vollständigen Endaushärten der Zusammensetzung eine ziemlich
lange Zeitspanne benötigt, um demzufolge waren sehr lange und
ausgedehnte Produktionslinien notwendig, um geschäumte Artikel
herzustellen, und daher wurde nur eine geringe Produktivität
erreicht.
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Das Herstellen mit Gießformen, wie es aus dem Stand der Technik
bekannt ist, weist noch die weiteren nachfolgenden Probleme
auf. Es wird gebräuchlicherweise die Vakuumtechnik in
Zusammenhang mit durch die Wand der Aushöhlung durchreichenden Öffnungen
angewandt, um das Gewebe anzuziehen und in innigen Kontakt mit
der Fläche der Aushöhlung zu bringen. Demzufolge mußte das Gewebe
von undurchlässiger Natur sein, um den Anzieheffekt des Gewebes
sicherzustellen. In diesem Fall werden die resultierenden
Produkte, einschließlich Armlehnen, Sitzpolster und dgl. wenig
komfortabel, da sie heikel gegenüber der Berührung mit Schweiß
oder Feuchtigkeit sind, die an der äußeren undurchlässigen
Oberfläche derselben haften und dort verbleiben.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Herstellungsverfahren für geschäumte Gegenstände zu schaffen, das einige
oder mehrere der vorangegangenen Probleme überwindet.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen eines
geschäumten Gegenstandes ohne die Verwendung einer Form geschaffen,
mit den Schritten:
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a) Herstellen eines Überzuges, der ein
Deckschichtmaterial und ein geschäumtes, einen niedrigen Schmelzpunkt
aufweisendes Unterlagsschichtmaterial enthält, das auf die
Innenseite des Deckschichtmaterials gebracht ist, wobei der
Überzug eine Gestaltung aufweist, die im wesentlichen der
gewünschten Endform des Gegenstandes entspricht;
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b) Erwärmen des Unterlagsschichtmaterials auf dessen
Erweichungstemperatur oder in die Nähe derselben, um das
Unterlagsschichtmaterial zu plastifizieren;
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c) Blasen von Luft auf die Innenseite des plastifizierten
Unterlagsschichtmaterials, um das Unterlagsschichtmaterial nach
außen zu drücken und aufzublasen, damit der aufgeblasene Überzug
der Endform des Gegenstandes angepaßt wird, und um das
Unterlagsschichtmaterial der Endform zu erhärten, damit ein vorgeformter
Überzug erhalten wird;
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d) Einbringen eines gewünschten Einsatzes in den
vorgeformten Überzug und Verschließen eines offenen Endes desselben;
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e) Einführen einer, eine vorbestimmte Länge eines
Verweilzeitdurchganges aufweisenden Gießdüse in den verschlossenen
vorgeformten Überzug, und Eingießen einer bestimmten Menge einer
reaktiven Polyurethanzusammensetzung durch die Düse in das Innere
des Überzuges;
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f) Schäumen- und Ausdehnenlassen der eingegossenen
Zusammensetzung, um im wesentlichen den gesamten Raum innerhalb des
Überzuges auszufüllen, und anschließend Erwärmen des Überzuges
von außen her auf etwa den Schmelzpunkt des
Unterlagsschichtmaterials, um das Unterlagsschichtmaterial beachtlich schwinden
zu lassen; und
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g) Weiterausdehnenlassen der schäumenden
Polyurethanzusammensetzung, damit diese an der Innenseite des
Deckschichtmaterials haftet, um dadurch einen geschäumten Gegenstand mit
dem vorgeformten Überzug zu erhalten, der den Polyurethanschaum
eingegossen umhüllt.
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Bei einer besonderen Ausführung der Erfindung wird zunächst
bin Zierüberzug hergestellt und in eine gewünschte Form
vorgeformt, die der endfertigen äußeren Konfiguration eines
Gegenstandes wie eine Kopfstütze, ein Sitzpolster oder dgl.
entspricht. Der Zierüberzug weist ein Oberflächen- oder
Deckschichtmaterial auf, d. h. ein gewebtes oder gewirktes Gewebe,
und eine Unterlagsschicht, d. h. eine dünne Schicht eines
geschäumten Materials mit einem niedrigen Schmelzpunkt, das
an der Innenseite des Deckschichtmaterials haftet. Der
Zierüberzug kann dadurch hergestellt werden, daß das geschäumte
Unterlagsschichtmaterial an die Innenseite des ebenen
Deckschichtmaterials durch Ankleben oder dgl. angebracht wird, und daß
anschließend das Deckschichtmaterial ausgeschnitten und in die
Konfiguration des endfertigen Gegenstandes genäht wird.
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Alternativ dazu kann der Zierüberzug so hergestellt werden,
daß zunächst lediglich das Deckschichtmaterial ausgeschnitten
und genäht wird, und daß anschließend die Innenseite des genähten
Deckschichtmaterials mit dem geschäumten Unterlagsschichtmaterial
beschichtet wird. Anschließend kann der Überzug in die Kontur
des endfertigen Gegenstandes dadurch geformt werden, daß das
Unterlagsschichtmaterial mit dem niedrigen Schmelzpunkt erwärmt
und erweicht wird, und daß anschließend das
Unterlagsschichtmaterial abgekühlt und erhärtet wird, um dadurch einen
selbsttragenden vorgeformten Überzug zu erhalten. Der vorgeformte
Überzug, der selbst in die Kontur des endfertigen Gegenstandes
geformt wird, bevor das schäumbare Polyurethan eingegossen wird,
und das Formverfahren desselben stellen Teil der vorliegenden
Erfindung dar.
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Als Unterlagsschichtmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt kann
ein Polystyrolschaum eingesetzt werden, und, alternativ dazu,
kann auch ein gemischter Schaum an Polystyrol und Polyethylen
eingesetzt werden. Der Erwärmungsvorgang zum Erweichen des
Unterlagsschichtmaterials kann unter Verwendung einer Heizung
oder durch Blasen von heißer Luft durchgeführt werden. Dieser
heiße Luftstrom kann zugleich als Druckmittel zum Formen des
Überzuges in die Endkontur des Gegenstandes verwendet werden.
Nach dem Formgeben wird die Heißluft in Kühlluft umgewandelt,
um das Unterlagsschichtmaterial abzukühlen.
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Das entsprechend der vorliegenden Erfindung geformte und
erhärtete Unterlagsschichtmaterial kann den Überzug in der
Gestalt der Kontur des endfertigen Gegenstandes halten, wobei
ein solcher vorgeformter Überzug zugleich als eine Art Gießform
arbeitet, falls eine reaktive Polyurethanzusammensetzung in
den Überzug eingegossen wird. Demzufolge kann das eingegossene
Polyurethan schäumen und sich in die Form des endfertigen
Gegenstandes ausdehnen.
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Während der Polyurethanschaum sich ausdehnt, um im wesentlichen
den gesamten Raum innerhalb des vorgeformten Überzuges
auszufüllen, verschwindet praktisch das Unterlagsschichtmaterial an
niedrig schmelzendem Schaum. Dies wird dadurch bewerkstelligt,
daß der Überzug von außen bis zu oder über den Schmelzpunkt
des Unterlagsschichtmaterials erwärmt wird. Dieses Erwärmen
verursacht, daß der Polystyrolschaum schmilzt und wesentlich
kleiner wird, und sein Volumen in einem solchen Ausmaße
reduziert, daß der Schaum praktisch völlig verschwindet. Zu diesem
Zeitpunkt erreicht das schäumende Polyurethan die Innenfläche
der Deckschicht und haftet an dieser.
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Weist die Außenfläche des endfertigen Gegenstandes einen konkaven
Abschnitt auf, kann ein äußerer Rückhalterahmen oder Käfig
notwendig sein, um die Außenseite des Überzuges einzudrücken. Ein
derartiger Rückhalterahmen für die äußere Form kann im Fall von
konvexen und ebenen Flächen genauso eingesetzt werden, wie bei
konkaven Flächen. Auf jeden Fall ist ein derartiger Formrahmen
völlig unterschiedlich zu einer konventionellen Gießform des
schweren und massiven Typs. Der Rückhalterahmen kann ein
Drahtgeflechtkorb oder ein Käfig aus einem transparenten
Kunststoffmaterial sein, er ist somit leicht und kostengünstig und außerdem
einfach zu handhaben und zu installieren. Ein solcher Formrahmen
ist zunächst in der gewünschten Endkontur des Gegenstandes
gestaltet, und er kann einfach verformt werden, falls geringfügige
Änderungen in der Endkontur notwendig sind. Wärme und Druck
werden auf die Innenseite des in dem Formrahmen aufgenommenen
Zierüberzuges ausgeübt, um das Unterlagsschichtmaterial zu
erweichen und den Überzug gegen den Rahmen zu drücken, um einen
gewünschten vorgeformten Überzug zu erhalten. Die
Unterlagsschicht erreicht ihre Schmelztemperatur und verschwindet
praktisch zu dem Zeitpunkt, zu dem der Innenraum vollständig
mit Polyurethan ausgefüllt ist. Die Verwendung eines Korbes
oder eines transparenten Käfigs als Formrahmen ermöglicht es,
zu überprüfen, ob sich der vorgeformte Überzug im zutreffenden
Zustand zum Aufnehmen der reaktiven Polyurethanzusammensetzung
befindet oder nicht.
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Es ist wichtig, geeignete reaktive Polyurethanzusammensetzungen
auszuwählen, um das erfindungsgemäße gießformlose
Herstellungsverfahren durchzuführen. Bevorzugte Schaummaterialien sind
solche, die geringe Schaumdrücke und schnelle Reaktionszeiten
aufweisen.
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Die folgenden Zusammensetzungen beschreiben reaktive
Polyurethanzusammensetzungen, die für das erfindungsgemäße gießformlose
Herstellungsverfahren geeignet sind.
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Bestandteile Gewichtsanteile
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Polyol (Molekulargewicht 6000) 60-80
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Polyol (Molekulargewicht 4000) 40-20
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Wasser 1.6-7.00
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Amine 0.5-1.50
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Kettenextender 0.2-1.00
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Grenzflächenaktiver Stoff 0.1-3.00
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Zellöffner 2.0-6.00
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TDI/MDI* 60-80/40-20 (%) 35.0-60.0
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* TDI/MDI: Toluoldiisocyanat und Methyldiphenyldiisocyanat
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden
nachfolgend beispielhaft einige Ausführungen in Zusammenhang
mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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Fig. 1 einen ausschnittsweisen vergrößerten Querschnitt eines
zusammengesetzten Überzugsmaterials zur Verwendung
zum Herstellen eines Zierüberzuges darstellt;
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Fig. 1A eine modifizierte Form des zusammengesetzten
Überzugsmaterials zeigt;
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Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Zierüberzuges zum
Herstellen einer Kopfstütze zeigt;
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Fig. 3 einen Erwärmvorgang des Zierüberzuges zum Erweichen
des Unterlagsschichtmaterials des Zierüberzuges
darstellt;
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Fig. 4 einen Formgebungsvorgang des erwärmten Zierüberzuges
durch Luftblasen darstellt;
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Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines vorgeformten
Überzuges und dessen darin einzubringende
Befestigungen zeigt;
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Fig. 6 eine Schnittdarstellung eines nahezu endfertigen
Gegenstandes (Kopfstütze) mit einer eingeführten
Gießdüse zum Eingießen eines Polyurethanflüssigkeit
darstellt;
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Fig. 7 einen detaillierten Schnitt der Gießdüse, deren Einlaß
mit einem Versorgungsschlauch verbunden ist, zeigt;
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Fig. 8 einen Erwärmungsprozeß erläutert, der verursacht,
daß das Unterlagsschichtmaterial geringer wird und
praktisch verschwindet;
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Fig. 9 einen ausschnittsweisen vergrößerten Schnitt des
nahezu endfertigen Gegenstandes zeigt, wobei
Verbindungsstellen zwischen dem äußeren Gewebe und dem
geschäumten Körper, nachdem das
Unterlagsschichtmaterial verschwunden ist, dargestellt sind; und
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Fig. 10 einen ähnlichen teilweisen Querschnitt eines weiteren
Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt.
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Zunächst bezugnehmend auf Fig. 1, weist ein zusammengesetztes
Überzugsmaterial ein Deckschichtmaterial 1 und ein
Unterlagsschichtmaterial 2 auf. Das Deckschichtmaterial 1 besteht
vorzugsweise aus einem durchlässigen Material, wie beispielsweise
einem gewebten oder gewirkten Stoff, wobei undurchlässige
Materialien, wie natürliches oder synthetisches Leder,
Polyvinylchlorid- oder Nylonüberzüge ebenfalls eingesetzt werden
können. Das Unterlagsschichtmaterial 2 ist an die untere Seite
des Deckschichtmaterials 1 angebracht. Das
Unterlagsschichtmaterial 2 ist ein dünnes geschäumtes Erzeugnis einer Verbindung
fit einem niederen Schmelzpunkt, wie beispielsweise Polystyrol.
Das Deckschichtmaterial 1 und das Unterlagsschichtmaterial 2
können unter Verwendung eines geeigneten Klebemittels 3
miteinander verbunden sein. Die Polystyrolunterlagsschicht 2 kann
alternativ direkt auf die Rückseite des Materials 1 durch
Aufschäumen in situ gebunden werden. Bevorzugtes Polystyrol,
das im Verfahren eingesetzt wird, ist unter den Bezeichnungen
"Styropor" oder "Styrofoam" kommerziell erhältlich.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Unterlagsschichtmaterial
2 zunächst auf das sich in einem ebenen oder ausgelegten Zustand
befindlichen Deckschichtmaterial 1 aufgebracht, um einen
Verbundüberzug zu erhalten. Anschließend wird der Verbundüberzug in
die gewünschte Form und Größe geschnitten, und anschließend
derart genäht, daß eine Überzughülle gebildet wird, die für
jegliche Art an endfertigen Gegenständen verwendet wird. Ein
Beispiel eines endfertigen Gegenstandes ist eine Kopfstütze
für einen Sitz oder einen Sessel.
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In Fig. 2 ist ein Überzug 5 für eine Kopfstütze dargestellt.
Das Verfahren ist jedoch für jegliche andere endfertige
geschäumte Gegenstände, wie eine Armlehne, ein Sitzpolster, gepolstertes
Spielzeug oder gepolsterte Puppen und dgl. anwendbar. Der Überzug
5 wird dadurch hergestellt, daß das in Fig. 1 dargestellte
Verbundüberzugmaterial in ein oder mehrere Stücke gewünschter
Größe geschnitten wird und anschließend diese untereinander
vernäht werden, um eine boxartige Form oder die Form eines
echtwinkligen Parallelepipeds einzunehmen. Der so erhaltene
Überzug wird als "Zierüberzug" bezeichnet.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Überzug dadurch
hergestellt werden, daß lediglich das Deckschichtmaterial l
in die Endkontur des gewünschten Gegenstandes geschnitten und
genäht wird, und daß anschließend geeignete Stücke an dünnem
Polystyrolschaum an die Innenseite eines derartigen
Deckschichtmaterials befestigt werden.
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Auf jeden Fall hat der Überzug 5 eine gewisse räumliche
Beständigkeit oder ist in gewissem Maße selbsttragend, und zwar
aufgrund der Steifigkeit der auf die Innenseite des Überzugs
5 aufgebrachten geschäumten Polystyrolunterlage. In diesem
Zustand hat der Überzug 5 jedoch nicht eine Konfiguration, die
exakt der des endfertigen Gegenstandes entspricht. Insbesondere
ist die Seite 6 eben und somit unterschiedlich zu einem konkaven
Bereich 21, und die Rückseite 7 ist kein konvexer Bereich 22
des in Fig. 5 dargestellten endfertigen Gegenstandes. Die
Oberseite 8 kann durch die geschäumte Polystyrolunterlage 2,
obwohl diese sehr dünn ist, in etwa in ebenem Zustand gehalten
werden. Der Überzug 5 weist eine bodenseitige Öffnung 9 auf.
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Der Zierüberzug 5 wird anschließend einem Formprozeß unterzogen,
der den Schritt des Erwärmens des Überzuges und Einblasen von
Luft in den Überzug aufweist, wonach die Konfiguration des
Überzugs exakt der des zu erzielenden endfertigen Gegenstandes
entspricht.
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Ein Beispiel eines Erwärmungsschrittes ist in Fig. 3 dargestellt,
in der das Deckschichtmaterial 1 in unterbrochenen Linien und
die Unterlagsschicht 2 in durchgezogener Linie dargestellt ist.
Der Überzug 5 wird vorzugsweise umgekehrt und in einem Rahmen
oder Hilfsrahmen 11 gehalten, und ferner an seinen Kanten der
bodenseitigen Öffnungen 9 mit Hilfe von Clipsmitteln 12
befestigt. Heizmittel 10, wie beispielsweise eine elektrische
Heizung, wird über den Rahmen 11 an Ort und Stelle gebracht
und gibt eine solche Wärme ab, die ausreicht, das
Unterlagsschichtmaterial 2 in einen plastifizierten Zustand, z. B. bei
90ºC zu bringen. Der Hilfsrahmen 11 ist vorzugsweise mit einem
konkaven Abschnitt 13 versehen, so daß die Oberseite 8 des
Überzuges, falls diese erwärmt wird, nach unten durchhängt,
um die gewünschte Endkonfiguration einzunehmen.
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Das Unterlagsschichtmaterial 2, das so in den plastifizierten
Zustand gebracht wird, ist, wenn äußere Kräfte angewendet werden,
einfach verformbar. Fig. 4 stellt ein Beispiel dar, wie
Verformungskräfte auf den plastifizierten Überzug 5 angewendet
werden, nämlich das Blasen von Luft. Zu diesem Zweck ist der
plastifizierte Überzug 5 in einem Formrahmen 15 aufgenommen
und gehalten, damit dieser von dem Rahmen 15 rückgehalten wird.
Die innere Form des Formrahmens 15 entspricht bzw. ist
komplementär zu einer gewünschten äußeren Kontur des endfertigen
Gegenstandes, um dem Überzug 5 die gewünschte Konfiguration
zu verleihen. Der Rückhalterahmen 15 weist insbesondere einen
konkaven Bereich 16 bzw. einen konvexen Bereich 17 auf, um die
in Fig. 5 dargestellte konkave Fläche 21 und die konvexe Fläche
22 des vorgeformten Überzuges 20 zu bilden. Wenngleich es in
Fig. 4 nicht zu sehen ist, wird am Boden des Formrahmens 15
eine dem konvexen Bereich 13 von Fig. 3 entsprechende konvexe
Fläche geformt.
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In das Innere des im Rahmen 15 gehaltenen Überzuges 5 wird eine
Luftblasleitung 14 eingeschoben. Durch die Leitung 14 wird in
das Innere des plastifizierten Überzuges 5, wie dies in Fig. 4
durch Pfeile dargestellt ist, Druckluft eingebracht, so daß
das Unterlagsschichtmaterial 2 und das Deckschichtmaterial 1
so beaufschlagt wird, daß dieses aufbläht und von innen gegen
den Formrahmen 15 gedrückt wird, welcher die Konfiguration des
endfertigen Gegenstandes innehat. Somit erhält der plastifizierte
Überzug 5 seine äußere Form, die absolut gleich der Kontur des
gewünschten endfertigen Gegenstandes ist. Das Blasen der Luft
wird solange fortgeführt, bis das plastifizierte Material
abgekühlt und sich in der Form, die dem Formrahmen 15 entspricht,
vertestigt hat. Nach dem Abnehmen vom Rahmen 15 wird ein
vorgeformter Überzug 20, wie er in Fig. 5 dargestellt ist, erhalten.
Der Überzug 20 weist eine äußere Kontur auf, die eine konkave
Vorderseite 21, eine konvexe Rückseite 22 und eine konvexe
Oberseite 23 einer gewünschten Kopfstütze aufweist. Der
verfestigte vorgeformte Überzug 20 kann somit seine gewünschte
Form aufrecht erhalten; in anderen Worten ausgedrückt, er weist
eine Formstabilität durch seine selbsttragende Eigenschaft auf.
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Alternativ dazu kann ein einziges Rahmenelement eingesetzt
werden, das sowohl als Hilfsrahmen 11 als auch als Formrahmen
15 dient. In diesem Fall kann eine einzige Blasleitung 14
eingesetzt werden, die zunächst dazu verwendet wird, heiße Luft
in die Innenseite des Zierüberzuges 5 zu bringen, um das
Polystyrolunterlagsschichtmaterial 2 zu erweichen und zu formen,
und anschließend um kalte Luft einzubringen, um das
Unterlagsschichtmaterial 5 des Überzuges abzukühlen und zu verfestigen.
In anderen Worten ausgedrückt, das Heißlufteinblasen stellt
einen Vorgang zum Erwärmen und zum Formen, und das
Kaltlufteinblasen stellt einen Verfestigungsprozeß dar.
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In jedem Fall kann der Form- und Rückhalterahmen 15 (oder 11)
ein leichtgewichtiges und ein kostengünstiges Element sein,
wie beispielsweise ein Korb aus einem Drahtnetz oder einem
Drahtgitter, oder ein durchsichtiger Käfig, da geringer oder
sehr geringer Druck ausreichend ist, um die reaktiven
Polyurethanzusammensetzungen, die in der Erfindung eingesetzt werden,
schäumen und ausdehnen zu lassen, wie dies nachfolgend
beschrieben wird. Das bedeutet, die Notwendigkeit von schweren
und teuren Gießformen, wie sie gebräuchlicherweise auf diesem
Gebiet eingesetzt werden, kann beim Verfahren zum Herstellen
von geschäumten Gegenständen ausgeschlossen werden. Die
aufzuwendende Arbeit und die Investition können ebenfalls
bemerkenswert reduziert werden. Der zuvor erwähnte korbähnliche Rahmen
oder der transparente Käfig kann fortwährend in den
aufeinanderfolgenden Schritten eingesetzt werden, die Eingießen und Schäumen
der Polyurethanzusammensetzung und Erwärmen und Schwindenlassen
des Unterlagsschichtmaterials beinhalten.
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Vor dem Eingießen des Polyurethans, wird der vorgeformte Überzug
20 an dessen Boden verschlossen. Ist der endfertige Gegenstand
eine Kopfstütze, können in den vorgeformten Überzug 30
Einsatzstücke wie beispielsweise Verstärkungselemente Kernelemente,
Befestigungen oder dgl. eingebracht werden. Ein Beispiel eines
derartigen Einsatzstückes ist in Fig. 5 mit der Bezugsziffer
25 bezeichnet. Das Einsatzstück 25 weist eine Basis 26 und ein
Kernelement 27 auf, das von Beinen 28 getragen wird, die sich
nach außen durch die Basis 26 hindurch erstrecken. Das
Kernelement 27 und jeweils die obere Hälfte der Beine 28 sind dazu
vorgesehen, daß sie in dem geformten Überzug 20 enthalten sind,
und die Basis 26 schließt die bodenseitige Öffnung des Überzuges
20 und dichtet diesen ab. Wird ein verwendetes Einsatzstück
nicht durch Beine 28 oder dgl. gehalten, sondern muß schwimmend
im Überzug 20 aufgenommen werden, so kann ein Hilfshalteelement
(nicht dargestellt) aus dem selben Material wie das der
Unterlagsschicht 2 eingesetzt werden, d. h. Polystyrol, wobei dieses
dazu verwendet wird, ein derartiges Einsatzstück im Abstand
von der Innenfläche und der Deckfläche zu halten. Sollen
schwenkbare Stellen 28a der Beine 28 oder andere bewegliche
Teile in den Überzug 20 eingeschlossen werden, so können
Schutzhülsen oder Überzugschichten (nicht dargestellt) an
Polystyrol oder anderen Materialien eingesetzt werden, die diese
beweglichen Teile umrunden und diese davor schützen, daß sie
mit geschäumtem Polyurethan zugesetzt werden. Solche Schutzhülsen
oder Schutzüberzüge schwinden oder nehmen beträchtlich ab und
verschwinden praktisch beim nachfolgenden Erwärmen, bei dem
die Polystyrolunterlagsschicht 2 durch Wärme schwindet und
beeinträchtigen in keiner Weise die Funktionsweise solch
beweglicher Teile.
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In den derart verschlossenen vorgeformten Überzug 20 werden
direkt reaktive Polyurethanzusammensetzungen im flüssigen Zustand
eingegossen und zwar unter Verwendung eines geeigneten Injektors
oder einer geeigneten Düse. Aufgrund der Tatsache, daß das
geschäumte Polystyrol des Unterlagsschichtmaterials 2 relativ
hart und von gleichmäßiger Zellgröße ist, wird völlig
ausgeschlossen, daß eingegossenes flüssiges Polyurethan durch das
Deckschichtmaterial 1 nach außen durchdringt.
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Vorzugsweise wird eine in Fig. 6 dargestellte Gießdüse 30
eingesetzt, um die reaktiven Polyurethanzusammensetzung in einem
gewünscht cremigen und viskosen Zustand in den Überzug 20
einzubringen. Die Gießdüse 30 besteht aus einem dünnen Rohr und kann
das Deckschichtmaterial 1 und das Unterlagsschichtmaterial 2
durchdringen, nämlich an der Rückseite 22 des Überzuges 20.
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Fig. 7 stellt in vergrößerter Einzelheit einen Längsschnitt
der Gießdüse 30 dar. Die Gießdüse 30 weist ein dünnes Rohr auf,
das an einem Ende einen konisch aufgeweiteten Einlaß und am
anderen Ende einen geschlossenen Boden aufweist. Der konisch
erweiterte Einlaß ist mit einer Zuführleitung 29 verbunden.
Das flüssige reaktive Polyurethan 33 wird über die Zuführleitung
29 von einer (hier nicht dargestellten) Quelle in die Gießdüse
30 geführt. Die Düse 30 kann aus Kunststoffmaterial, wie
beispielsweise Polyethylen oder Polystyrol bestehen. Die Düse
30 weist einen oder mehrere Auslässe 32 auf, die in der Nähe
des Bodens münden. Zwischen dem Einlaß und dem Auslaß 32
erstreckt sich ein Durchgang 31. Der Durchgang 31 bestimmt die
"Verweilzeit", während der sich das reaktive Polyurethan von
seinem flüssigen Zustand (geringer Viskosität) in einen mit
geeignet hoher Viskosität umwandelt, und zwar während dieses
vom Einlaß zu den Auslässen strömt, wie dies durch Pfeile
angedeutet ist. In diesem Sinne kann der Durchgang 31 als ein
"Verweilzeitdurchgang" bezeichnet werden. Das reaktive
Polyurethan wird im Verweilzeitdurchgang 31 in einen cremigen und
hochviskosen Zustand umgewandelt und wird durch den Auslaß 32
auf die Innenseite des Überzuges extrudiert, wie dies mit der
Bezugsziffer 34 angedeutet ist, und wird im gesamten Überzug
verspritzt.
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Die "Verweilzeit", während derer die reaktive Zusammensetzung
in dem Verweilzeitdurchgang 31 verbleibt, beträgt etwa 1 Sekunde
und soll 4 Sekunden nicht überschreiten, falls die bevorzugte
nachfolgend aufgeführte Polyurethanzusammensetzung eingesetzt
werden. Werden Polyurethanzusammensetzungen nach dem Stand der
Technik eingesetzt, sogenannte "heißhärtende" Polyurethane,
dauert es 20 Sekunden, bis diese Zusammensetzungen sich vom
flüssigen in den cremigen Zustand umwandeln. Im Gegensatz dazu
ist die Cremezeit für die bevorzugte Zusammensetzung der
vorliegenden Anwendung sehr kurz und der Durchgang
(Verweilzeitdurchgang 31) der Düse 30 kann verkürzt werden, wodurch die
Effizienz und die Funktionsfähigkeit des gesamten
Herstellungsprozesses beachtlich verbessert werden.
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Obwohl die Länge des Verweilzeitdurchgang 31 vom Druck abhängig
ist, der durch die Versorgungsquelle dem flüssigen Polyurethan
auferlegt wird, ist eine Länge von 5 cm für die nachfolgend
genannte Polyurethanzusammensetzung ausreichend. Die Düse kann
einen Durchmesser von etwa 1 cm aufweisen.
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Die Düse 30 wird vorzugsweise horizontal in den Überzug 20
eingeschoben, um den Einfluß der Schwerkraft auf den Strom der
Zusammensetzungen 33 und 34 zu vermeiden. Ferner ist es
notwendig, daß die Düse 30 derart an Ort und Stelle gebracht wird,
daß sichergestellt ist, daß die cremige Zusammensetzung 34 nicht
eine bestimmte Stelle auf der Innenseite des Überzuges 20
berührt, sondern daß diese im gesamten Raum innerhalb des
Überzuges 20 gleichmäßig verspritzt wird.
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Nach dem ein Eingießen einer bestimmten Menge der reaktiven
Polyurethanzusammensetzung bewerkstelligt wurde, wird die Düse
30 von dem Überzug 20 abgenommen. Durch die Elastizität des
Deckschichtmaterials 1 und des Unterlagsschichtmaterials 2 wird
ein durch die Düse 30 eingestochenes Loch verschlossen, falls
es notwendig ist, kann jedoch ein Verschließelement, wie
beispielsweise ein Band auf den durchgestochenen Abschnitt
aufgebracht werden.
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Ein Beispiel einer bevorzugten Polyurethanzusammensetzung, die
in einen vorgeformten Überzug entsprechend der Erfindung
eingegossen werden soll, ist wie folgt:
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Bestandteile Gewichtsanteile
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Polyol (Molekulargewicht 6000) 70.00
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Polyol (Molekulargewicht 4000) 30.00
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Wasser 2.80
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Amine 1.00
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Kettenextender 0.50
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Grenzflächenaktiver Stoff 1.50
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Zellöffner 4.00
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TDI/MDI* 80/20 (%) 45.00
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* TDI: Toluoldiisocyanat
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MDI: Methylphenyldiisocyanat
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Diese Zusammensetzung ist hoch reaktiv und kann innerhalb weniger
Sekunden einen hohen Polymerisationsgrad erreichen. Somit wird
die durch die Düse 30 eingegossene Zusammensetzung kurz nach
Verlassen der Düse 30 aufschäumen und sich ausdehnen, um den
Innenraum des Überzuges 20 auszufüllen, wie dies in Fig. 6 durch
die Bezugsziffer 35 angedeutet ist. Die Zusammensetzung kann
mit einem sehr geringeren inneren Druck expandieren, so daß
der Überzug 20 mit der Unterlagsschicht 2 der undurchlässigen
geschäumten Polystyrolschicht nicht durch einen Expansionsdruck
des Polyurethanschaums durchbrochen wird. Aus Gründen der
erhöhten Sicherheit kann jedoch die Unterlagsschicht 2 (nicht
dargestellte) Stiftlöcher einperforiert aufweisen, um innere
Gase, die aus der Ausdehnung des Polyurethan resultieren,
austreten lassen zu können.
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Hat sich der Polyurethanschaum 35 soweit ausgedehnt, daß er
im wesentlichen den gesamten Raum innerhalb des Überzuges 20
ausfüllt, so wird dann der nahezu endfertige Gegenstand einem
Erwärmungsprozeß ausgesetzt, um die Unterlagsschicht 2 zu
verringern und praktisch vollständig verschwinden zu lassen.
Das Erwärmen folgt von der Außenseite her und zwar derart, daß
das Unterlagsschichtmaterial 2 auf dessen Erweichungs- oder
Schmelzpunkt von etwa 110 bis 130ºC gebracht wird. In Fig. 8
ist ein Heizofen 37 dargestellt, der den nahezu endfertigen
Gegenstand enthält. Alternativ können um den in Fig. 4
dargestellten Rahmen 15 Heizdrähte gewunden werden, und während des
Heizvorganges wird elektrischer Strom durch die Drähte geleitet.
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Durch ein solches äußeres Erwarmen schmilzt das
Unterlagsschichtmaterial 2 aus Polystyrol und schrumpft auf ein Zehntel oder
sogar auf ein Hundertstel seiner ursprünglichen Größe, so daß
es als praktisch verschwunden angesehen werden kann. Zu diesem
Zeitpunkt erreicht der Polyurethanschaum 35 die Innenseite 1a
des Gewebes 1 des vorgewärmten Überzuges 20, wie dies in Fig.
9 dargestellt ist, und dehnt sich andauernd weiter aus, und
drückt den Überzug nach außen, bis er endgültig härtet. Das
sich ausdehnende Polyurethan 35 befindet sich noch in einem
ausreichend klebrigen Zustand, um sich fest haftend an die
Innenseite 1a anzulegen, aber es verliert überwiegend seine
Flüssigkeitseigenschaft, so daß es nicht durch das Gewebe i
hindurchdringt.
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Bei einer Alternative kann das Unterlagsschichtmaterial 2 aus
geschäumten Polystyrol mit einer Vielzahl an kleinen Löchern
4 versehen sein, wie dies in Fig. 1A dargestellt ist. In diesem
Fall können Teile des sich ausdehnenden Polyurethanschaumes
35, noch in einem klebrigen Zustand, durch die Löcher 4
hindurchdringen und die Innenseite 1a des Überzuges erreichen, bevor
das Unterlagsschichtmaterial 2 verschwindet. Dadurch ist
sichergestellt, daß eine positive und mechanische Verbindung
zwischen dem Gewebe 1 und dem Schaum 35 hergestellt wird. Es
ist ersichtlich, daß die Öffnungen 4 auch dazu nützlich sein
können, Gas aus dem Inneren des Überzuges abzuführen.
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Aufgrund der Tatsache, daß die im vorliegenden Verfahren
eingesetzte Zusammensetzung eine extrem hohe
Reaktionsgeschwindigkeit aufweist, erreicht sie sehr rasch einen
hochpolymerisierten Zustand, beispielsweise innerhalb von 5 Sekunden im Fall
eines Überzuges mit 5 Liter Inhalt oder in 12 Sekunden, im Fall
eines Überzuges mit 20 Liter Inhalt. Demzufolge nimmt der
geschäumte Körper 35 sehr rasch die Form des vorgeformten
Überzuges ein und er kann nach kurzer Zeit, ohne die Gefahr,
daß dessen äußere Konfiguration zerstört wird, vom
Rückhalterahmen 15 abgenommen werden. Zu einem Zeitpunkt, da die
Polymerisationsreaktion der gebildeten geschäumten Masse 35 90% des
maximalen Polymerisationsgrades innerhalb von 15 Minuten
überschreitet, kann der nahezu endfertige Gegenstand manuell
oder durch automatische Maschinen gehandhabt werden, um zu
nachfolgenden Stationen geführt zu werden, d. h. zu einer
Verpackungsstation, so daß die Herstellungszeit beträchtlich
reduziert werden kann.
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In Fig. 10 ist eine modifizierte Ausgestaltung der Erfindung
dargestellt, bei der ein gemischter Schaum an Polystyrol und
Polyethylen als auf das Deckschichtmaterial 1 aufgebrachte
Unterlagsschicht angewendet wird. Die Unterlagsschicht aus
gemischtem Schaum ist weicher und biegsamer als das
Unterlagsschichtmaterial ausschließlich aus Polystyrol, und es ist beim
Nähvorgang des Überzuges 5 einfacher zu handhaben. Die
Unterlagsschicht aus gemischtem Schaum zieht darüberhinaus noch einen
zusätzlichen Vorteil dahingehend nach sich, daß festere
Verbindungsstellen zwischen dem Gewebe des Überzuges und dem
geschäumten Polyurethan ausgebildet werden, nachdem eine solche
Unterlagsschicht erwärmt wurde. D.h., die Zellstrukturen in
dem gemischten Unterlagsschichtmaterial 2' werden, wenn diese
erwärmt werden, in Polyethylenkügelchen und Polystyrolkügelchen
unterteilt, und die letzteren schrumpfen rasch und verschwinden,
wobei Löcher in der verbleibenden Polyethylenschicht verbleiben,
durch welche Bereiche 35A des schäumenden Polyurethans 35
hindurchtreten und die Innenseite 1a des Gewebes 1 erreichen
und dort fest anhaften. Die Polyethylenschicht 2' bleibt in
einem flüssigen Zustand zwischen dem Gewebe 1 und dem
Polyurethanschaumkörper 35. Auch dabei ist es bevorzugt, daß die
gemischte Schaumunterlagsschicht mit Stiftlöchern zum Ablassen
von Luft versehen ist.
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Entsprechend dem vorliegenden Verfahren kann der vorgeformte
Überzug seine Endform selbst beibehalten und kann durch einfache
leichte und durchsichtige Rahmen oder Käfige über zahlreiche
Prozeßschritte gehalten werden, so daß die Verwendung von
schweren und massiven Gießformen konventionellen Typs unnötig
wird. Darüberhinaus kann eine visuelle Inspektion durch den
Halterahmen oder den Käfig hindurch einfach durchgeführt werden,
um sicherzustellen, ob der in dem Rahmen aufgenommene vorgeformte
Überzug seine gewünschte Endform beibehält, und zwar noch
unmittelbar bevor das flüssige Polyurethan eingegossen wird.
Beim vorliegenden Verfahren ist es demzufolge nicht möglich,
daß das Polyurethan in einen nicht zutreffend geformten Überzug
eingegossen wird, wohingegen bei gebräuchlichen Gießformen nach
dem Stand der Technik keine visuelle Inspektion nach Einbringen
des Gewebes in der Gießform und Schließen des Deckels der
Gießform möglich ist, so daß das Risiko von Fehlproduktionen
jeweils vorhanden ist. Wird beim vorliegenden Verfahren ein
nicht zutreffend geformter Überzug festgestellt, bevor das
Eingießen des Polyurethans beginnt, kann dieser einfach vom
Trägerrahmen oder Käfig entnommen werden und in die formgebende
Station zurückgegeben werden, in der der nicht zutreffend
geformte Überzug zu Zwecken eines erneuten Formens erwärmt wird,
und in seine zutreffende Konfiguration korrigiert wird.
Demzufolge kann eine Materialersparnis bei dem vorliegenden Verfahren
erzielt werden. Darüberhinaus ermöglicht das vorliegende
Verfahren es, daß durchlässige Materialien als Überzug für den
geschäumten Körper eingesetzt werden, ohne die in der
konventionellen Vakuumtechnik gemachten nachteiligen Erfahrungen.