在连续块状硬板发泡方法中最佳地生产泡沫的方法和装置的制作方法

专利名称：在连续块状硬板发泡方法中最佳地生产泡沫的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在连续发泡方法中生产泡沫的方法和装置，尤其是生产聚氨酯泡沫的方法和装置。
背景技术：
泡沫的产品质量取决于大量的与环境和设备有关的参数。这特别适用于聚氨酯泡沫的生产。
已经知道了多种在聚氨酯泡沫生产中用于质量保证的计算机辅助方法。这样的方法描述于，例如，“Software to Manage a Continuous Production of FlexiblePolyurethane Foam by Slabstock Technology”，Salvatore Consoli，Journal ofCELLULAR PLASTICS，第33卷，1997年3月，第102页，“Foam RoadmapOn-line Answernostics”James D.Shoup，Polyurethane 1995，1995年9月26-29日，第489，490页和“Mathematical Property Prediction Models for FlexiblePolyurethane Foams”，Reinhart Schiffauer，Adv.Urethane Sci.Techn.14(1998)，第1-44页。
还从“Experten mit System，Prozesssteuerung des PUR-RRIM-Verfahrens zurHerstellung von Karosserieauβenteilen”，F.Schnabel，K.-H.Drner，Kunststoffe，第88期，10/98和“PUR-Teile kostengnstig fertigen，Stand der Polyurethan-RRIM-Technologie”，Karl-Heinz Drner，Hans Joachim Meiners，Hans-JoachimLudwig，Kunststoffe，第91期，4/2001中知道了在RIM加工中调整工艺参数的专家系统。这样的专家系统意图能够给出关于产品性能，工艺过程控制，质量保证和预防性维护的信息。
另外，DE 28 19 709 B1描述了一种用于连续生产具有覆盖层的泡沫片的方法，在该方法中，泡沫的厚度是利用超声在入口横截面横切于进料方向检测的。然后通过传送带的速度和/或所提供的泡沫的量来控制生产装置。目的是使得泡沫尽可能均匀并且相应地获得均匀的泡沫质量。
DE 196 16 643C1描述了一种方法，其中在用于连续生产具有覆盖层的泡沫片的装置中，利用激光测量装置测量定点与泡沫反应混合物边缘之间的距离。为了控制泡沫片的质量，使实际的距离值与与泡沫有关的希望值相比较。根据实际值与希望值之间的差值控制该装置的运行速度。
DE199 58 689 A1描述了一种方法，在该方法中通过照相机记录非连续生产的泡沫的表面。从所记录的数据确定泡沫的上升曲线，该曲线反过来给出了关于反应混合物反应动力学的信息。
对于连续的硬板发泡(slabstock)方法，DE10237005A1描述了一种方法，在该方法中通过连续地检测沿着传送设施泡沫的实际升高高度来使由于发泡方法的化学动力学所产生的泡沫缺陷最小化。通过确定用来控制硬板发泡方法的校正变量来校正实际升高的高度与给定的希望的升高高度之间的差。虽然该方法的目的是实现尽可能均匀的制造工艺，以及因此实现均匀的泡沫质量，但是该方法并没有解决由生产设备的不正当装置所引起的问题。
从现有技术中还知道了用于生产聚氨酯硬板发泡泡沫和其它泡沫的各种方法和设备种类。市场上可以购得的用于生产聚氨酯硬板发泡泡沫的装置的例子是那些以Planibloc，Draka-Petzetakis，Maxfoam，Vertifoam Edge Control和VPF方法，以及UBT和QFM设备的名字销售的装置。
同样从DE 691 19 244 T2和US 4 492 664 A也知道了多种用于连续生产聚氨酯泡沫块的设施。从DE 696 10 885 T2中知道了另外一种用来生产聚氨酯泡沫的设施。用这样的装置生产聚氨酯泡沫的各种方法描述于DE 38 19 940A1，DE 196 49 829 A1，DE 43 15 874 A1和DE 195 06 671 C2中。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种在连续的硬板发泡方法中生产泡沫的改进方法，以及在该方法中生产泡沫的改进装置。
该目的以及其它的对本领域技术人员显而易见的目的是通过基于希望的泡沫高度与实际的泡沫高度之间的差确定校正变量并且相应地调整一个或者多个过程参数实现的。


图1显示了在连续的正交方法(QFM方法)中的可以从Hennecke购得的硬板发泡设备的简图。
图2显示了本发明优选实施方案的简图。
图3显示了正确调整的泡沫的横断面图。
图4显示了形成了额外的耳状物的泡沫的横断面图。
图5显示了形成了圆顶的泡沫的横断面图。
图6显示了具有在发泡方向被太快地移动的侧面薄膜(side film)的泡沫横截面图。
图7显示了具有在发泡方向被太慢地移动的侧面薄膜(side film)的泡沫横截面图。
具体实施例方式
在具有矩形泡沫通道的设备中连续生产柔性聚氨酯泡沫，沿着泡沫通道的外壁，或者沿着侧面的纸进行发泡工艺，导致了具有明显的圆顶的泡沫块。这是由侧面纸片上的反应混合物的磨擦引起的。在那里的泡沫比中间的泡沫上升的慢。当从该泡沫中切出矩形的半成品(例如，垫子)的时候，圆顶的形成降低了可以使用的泡沫的产量。
已经开发了多种方法来减少圆顶的形成。在Draka-Petzetakis方法中，通过在泡沫上升运动的同时以特定的角度提升侧面聚乙烯膜来消除磨擦。在Maxfoam方法中，通过在泡沫块的整个宽度上延伸的开槽，溢流斜坡(压纱板)以及侧面膜的相对运动来防止通道壁与反应混合物之间的相对运动。
例如Hennecke-Planibloc法的方法或者UBT或者QFM型设备利用了施加到发泡泡沫的覆盖重物。由于覆盖元件的压力，防止了在泡沫块上形成圆顶。覆盖元件的定位和重量对于泡沫的质量是至关重要的。实际上，使用了通过机器调整的覆盖元件以及通过链索和平衡块手动调整的覆盖元件。如果覆盖重物压在该泡沫上太轻，则象前面一样形成圆顶。然而，如果覆盖重物压在泡沫上太重，则有很多缺点。一方面，泡沫被从覆盖重物和通道的侧壁之间向上推出，进而由于在固化后的切割成为废料(“耳状物结构”)。同时，由于泡沫被向外挤出，该壁附近的泡沫结构被毁坏，并且可能形成孔隙。此外，所设置的太重的覆盖重物压缩泡沫块上部区域的泡沫，这引起了在泡沫块的横截面上不均匀的泡沫结构。由于在泡沫通道壁上的磨擦以及所形成的泡沫的弯曲轮廓，不可能获得完全矩形的泡沫横截面并且相应地一定程度地“形成耳状物”是必然的。
本发明通过在大量的横切于设备中泡沫的进料方向的点上检测泡沫的高度剖面，使得在连续的发泡方法中改进地控制并且改进地调整泡沫的生产成为可能。使实际测量的值与相应的希望的测量值相比较。从实际测量值与希望的测量值的任何偏差确定用于调整该方法的校正变量。
为了获得尽可能恒定的泡沫横截面而由于切割所造成的最小损失，可以在进行泡沫的生产过程中调整与设备相关的参数和/或泡沫的原材料的组成是相当有利的。因为由于放热的聚氨酯反应的结果发泡设备在操作过程中被连续地加热，所以这是特别必要的。结果是发泡行为改变。反应放出的热对泡沫的横截剖面也有影响。
此外，生产的泡沫的质量被提高了，因为，例如，避免了由所设置的覆盖物重量太轻或者太重所引起的缺陷。由于对覆盖重物，侧向膜所提升的速度或者角度，以及溢流斜度/压纱板的斜率的精确调整是与启动操作平行地频繁进行的，或者在生产中进行随后的调整是必要的，所以该方法另外还具更多的优点，即，用于启动设备所需的时间以及启动操作所产生的废料被减少了。
由于横切于进料方向不均匀地施加的覆盖重物的结果，或者由于在一侧上比在另一侧上以更大的速度或者不同的角度升起的侧面膜的结果，可能出现横切于泡沫方向的不对称的高度剖面(height profile)。在整个横截面上的横截面剖面的测量允许了及时认识到调整的需要并且通过调整与设备和/或配方有关的参数在该方法中进行校正。
在本发明的一个优选的实施方案中，泡沫是通过Hennecke-Planibloc方法和/或在UBT或者QFM型设备中生产的。这样的设备通常具有一个输送器装置，膨胀泡沫在进料方向上在其上移动。在一些情况下，所谓的压纱板存在于泡沫的膨胀区域。
根据本发明，在上述的方法或者在上述的一种设备类型使用第一覆盖元件之后，为了在不同的位置测量泡沫的实际高度，横切于泡沫的进料方向设置大量的距离检测器。优选使用允许测量泡沫的实际高度的不接触型激光距离探测器或者超声检测器。作为替换或者另外还可能使用光势垒，CCD照相机或其它允许对实际升起高度进行高度测量的检测器。
在本发明的另外一个优选的实施方案中，泡沫是在Draka-Petzetakis或者Maxfoam型设备上生产的。在这两种设备中，为了减少圆顶的形成，侧面膜是以相对于发泡方向的规定的角度与发泡过程同步导引的。薄膜的移动速度，薄膜的张力以及薄膜被升起的角度对于所形成的圆顶的形状是至关重要的。这两种方法通常都是没有覆盖重物进行的。
根据本发明，在最后提及的方法或者在一种最后提及的设备种类中，为了在不同的位置测量泡沫的实际高度，横切于泡沫的进料方向设置大量的距离检测器。优选使用允许测量泡沫的实际高度的不接触式激光距离探测器或者超声检测器。作为替换或者另外还可能使用光势垒，CCD照相机或其它允许进行实际升起高度的高度测量的检测器。
在本发明的一个优选的实施方案中，基于所测量的泡沫的实际高度画出补偿曲线并且与希望的曲线相比。例如，以本领域技术人员已知的方式，使用各个高度值和/或曲线的斜率之差和/或整个曲线差值作为用于确定校正变量的基础。
在本发明的另外一个优选的实施方案中，将覆盖元件的重量和/或定位作为校正变量。如果，例如，横截面剖面的实际高度大于希望的高度，则减少覆盖元件的重量，或者改变它们的位置，直到实际的高度充分地符合所希望的高度。
在本发明的另外一个优选的实施方案中，将在发泡方向的侧面膜的牵引速度和角度和/或薄膜张力用作校正变量。如果，例如，横截面剖面的实际高度大于所希望的高度，则降低侧面膜的速度直到实际的高度充分地符合所希望的高度。
在本发明的另外一个优选的实施方案中，将膨胀泡沫的输送速度用作校正变量。如果，例如，实际高度大于所希望的高度，则增加输送速度直到实际的高度充分地符合所希望的高度。
在本发明的另外一个优选的实施方案中，将单位时间内供应到硬板发泡方法中的原料的量用作校正变量。如果，例如，实际高度大于所希望的高度，则降低单位时间内所供应的原料的量，直到实际的高度充分地符合所希望的高度。
在本发明的优选的实施方案中，使用将反应混合物施加到传送带作为校正变量的施加法(application methond)。为此目的，优选将混和头的施加运动作为该方法的校正变量。
在本发明的另外一个优选的实施方案中，将压纱板的倾斜角度用作校正变量。如果，例如，实际高度大于所希望的高度，则改变压纱板的倾斜角度直到实际的高度和所希望的高度再次符合。
根据本发明的另外一个优选的实施方案，当使用覆盖重物的时候，将上面的覆盖纸与侧面纸之间的间隙用作校正变量。例如，如果实际高度大于所希望的高度，可以增加间隙，例如，通过选择更窄的覆盖纸或者通过增宽发泡通道，并且可以降低实际的高度。
在本发明的另外一个优选的实施方案中，各种校正变量是基于实际高度与希望高度的偏差而确定的，例如，覆盖物的重量的改变，薄膜取出速度的改变，输送速度，单位时间所供应的原料的量和/或所供应的材料的化学组成的改变。
根据本发明的另外一个优选的实施方案，所生产的下降质量的泡沫区域是基于所测量的横截面高度剖面确定的。从泡沫块上切除这样的区域。与现有技术相比，这具有生产出较少废料的优点。
下面在本文中参照附图更加详细地解释本发明的优选实施方案。
图1显示了在根据QFM方法的连续硬板发泡方法中，用于生产泡沫，尤其是聚氨酯泡沫的设备或装置。
该设备具有在进料方向2移动的传送带1。在传送带1的开始位置，在传送带1上面有混和头3。混和头3用来将反应性化学系统施加到传送带1表面上。反应性化学系统是发泡混合物，例如，用来生产聚氨酯泡沫的发泡混合物。
该反应性混合物在传送带1上膨胀，以至于形成了具有膨胀泡沫4的膨胀区域。将覆盖纸5施加到泡沫表面上，其中覆盖纸5是通过辊6供应的。在泡沫4和泡沫通道壁7之间，侧面纸和/或侧面膜8供应到两侧上，侧面纸或侧面膜可能通过辊6提供的。为了减少圆顶的形成，将转子9形式的重物施加到上面的覆盖纸5上。
图2显示了本发明优选实施方案的剖面图。通过侧面纸8和泡沫通道壁7侧向划定膨胀泡沫4的界限。在覆盖纸5上有覆盖重物9。在一个优选的实施方案中，通过平衡块10调整覆盖重物9。通过导引辊系统11和链索12将平衡块10与覆盖重物9连接。
使检测器13，14，15，16和17横切于进料方向排列。例如，检测器13通过测量检测器13与膨胀泡沫4表面之间的距离19来确定该泡沫的泡沫高度18。以相应的方式，泡沫高度20，21，22和23分别是通过检测器14，15，16和17确定的。
将检测器13，14，15，16和17各自连接到总线系统24上。将该总线系统24连接到控制单元25上。控制单元25通过总线系统24接收来自检测器13，14，15，16和17的测量信号。基于这些测量的信号，控制单元25确定了用于调整硬板发泡工艺的校正变量。例如，使用盖子9的重量和/或传送带1的速度和/或通过混和头3单位时间内供应的反应性化学体系的量和/或该体系的化学组成作为校正变量。
为了进行调整，评价了实际高度和希望高度之间的差。然后根据希望高度和实际高度之间的差确定了校正变量。这还可以通过，例如，基于由测量所确定的实际高度18，20，21，22和23画出补偿曲线来实现。这可以是回归线或者多项式，例如仿样函数多项式或者子波。
不同的曲线斜率还可以被用来确定校正变量。斜率之差代表了对实际高度与希望高度的偏差的测量。
作为替换或者另外，例如，可对比实际曲线的积分和希望的曲线的积分。两种积分的差异进而构成对实际剖面与希望剖面的偏差的测量。
作为替换或者另外，还可能使用实际的和希望的曲线的特征点或者拐点来确定校正变量。
图3显示了正确调整的泡沫的横截面剖面，其中覆盖重物9与侧壁7或者侧面纸8之间的高度剖面26(泡沫耳状物)稍微地投影到矩形轮廓27之外。通过这种形式，一方面确保了由于切割所造成的浪费比较低。另一方面，与器具壁紧密相邻的区域被充分地填满泡沫并且该泡沫结构在整个横截面上具有均匀的结构。
然而，如果想要获得根据图4或者图5的不同于理想情况的横截面高度剖面28或29的话，则在每一种情况下需要根据高度测量的测量值改变盖子9的重量和/或传送带1的速度和/或通过混和头3单位时间内供应的反应性化学体系的量和/或该体系的化学组成和/或发泡头的运动模式和/或覆盖纸与侧面纸之间的间距，直到再次获得根据图3的横截面高度剖面。
Draka-Pezetakis型设备是没有覆盖重物运行的。为了防止形成圆顶，在发泡过程的同时沿着发泡方向导引该侧面薄膜。图6显示了一种泡沫剖面，其中泡沫通道壁7和泡沫4之间的侧面膜8在发泡方向被太快地移动。获得了向上弯曲的发泡剖面30。图7显示了一种泡沫剖面，其中泡沫通道壁7和泡沫4之间的侧面膜8在发泡方向被太慢地移动。获得了向下弯曲的发泡剖面31。图6和7中显示的情况还应用于关于Maxfoam的方法。在Maxfoam方法中，主要通过向其上施加准备就绪的反应泡沫的发泡开槽和溢流斜坡抑制圆顶的形成。同时，类似于Draka-Pezetakis方法，可以沿着发泡方向移动侧面薄膜。在该方法中，也调整薄膜的移动速度使其适用于工艺和配方的参数。
附图标记列表传送带 1进料方向2混和头 3膨胀泡沫4覆盖纸 5辊 6泡沫通道壁 7侧面纸 8覆盖重物9平衡块 10导引系统11链索12检测器 13检测器 14检测器 15检测器 16检测器 17泡沫高度18距离19泡沫高度20泡沫高度21泡沫高度22泡沫高度23总线系统24控制单元25希望的泡沫横截面剖面26矩形泡沫剖面27横截面剖面 28横截面剖面 29
横截面剖面 30横截面剖面 31虽然为了解释的目的，在前面详细地描述了本发明，但是应该理解，这些细节仅仅是为了解释的目的，并且除了由权利要求所限定的之外，本领域的技术人员在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变。
权利要求
1.一种在连续硬板发泡方法中生产泡沫的方法，其包括a)横切于形成泡沫的混合物的进料方向检测泡沫的实际高度剖面，b)基于实际泡沫高度剖面与希望的泡沫高度剖面之间的偏差确定硬板发泡方法的校正变量，和c)如果泡沫的实际高度剖面不同于希望的泡沫高度剖面，则调整至少一个工艺参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中泡沫是聚氨酯泡沫。
3.根据权利要求1所述的方法，其中连续硬板发泡方法是Hennecke-Planibloc方法，Draka-Petzetakis方法，Maxfoam方法，用UBT装置进行的方法或者用QFM装置进行的方法。
4.根据权利要求1所述的方法，其中使用了具有在进料方向被驱动的传送带的传送设施。
5.根据权利要求4所述的方法，其中传送设施具有压纱板。
6.根据权利要求1所述的方法，其中实际的泡沫高度剖面是利用横切于进料方向排列的高度检测器检测的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中放在硬板发泡泡沫上的覆盖重物的重量是校正变量。
8.根据权利要求1所述的方法，其中与发泡方法有关的侧面纸或者侧面膜的速度和角度和/或侧面纸或膜的张力是校正变量。
9.根据权利要求1所述的方法，其中泡沫的传送速度是校正变量。
10根据权利要求1所述的方法，其中单位时间内供应到硬板发泡方法的材料的量是校正变量。
11.根据权利要求1所述的方法，其中施加方法和/或混和头的运动是校正变量。
12.根据权利要求1所述的方法，其中覆盖纸和侧面纸之间的间隙是校正变量。
13.用于在连续硬板发泡方法中生产泡沫的设备，其包括a)用于横切于形成泡沫的混合物的进料方向检测该泡沫的实际泡沫高度的泡沫高度检测器，和b)基于实际泡沫高度与给定的希望泡沫高度的偏差，用来确定硬板发泡方法的校正变量的工具。
14.根据权利要求13所述的设备，其进一步包括UBT或者QFM装置。
15.根据权利要求13所述的设备，其进一步包括具有在进料方向被驱动的传送带的传送设施。
16.根据权利要求13所述的设备，其进一步包括压纱板。
17.根据权利要求13所述的设备，其中该泡沫高度检测器包括横切于进料方向排列的高度检测器。
全文摘要
本发明涉及在连续硬板发泡方法中生产泡沫的设备和方法，其中横切于进料方向检测了实际的泡沫高度剖面并且基于实际的泡沫高度剖面与希望的泡沫高度剖面的偏差确定了用于硬板发泡方法的校正变量。
文档编号B29K75/00GK1820926SQ20061000249
公开日2006年8月23日 申请日期2006年1月25日 优先权日2005年1月25日
发明者H·埃宾, H·齐恩, J·弗赖 申请人:拜尔材料科学股份公司