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Technisches Gebiet
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Diese
Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung von farbigen Polyurethanschaumprodukten, wie beispielsweise
eine Teppichunterlage und dergleichen, sowie das verbesserte farbige
Produkt selbst. Ein derartiges Verfahren erfordert die Nutzung von
zumindest einer Ventilanordnung in einem Farbdosierungsverteiler,
derart, dass das Ventil selbst gleichzeitig in Kontakt sowohl mit
der Außenseiten-Oberfläche als auch
der Innenseiten-Oberfläche
des Verteilers ist. Eine derartige Anordnung für eine Ventilanordnung lässt zu,
dass Farbe direkt in ein Bindemittel (z.B. Polyol und Isocyanat)
oder Polyol-Strah1 bzw. -Strom eingeführt wird, um im Wesentlichen
zu beseitigen, dass jegliche Farbe lediglich mit den Innenseitenwänden des
Verteilers in Kontakt bleibt. Dies wiederum lässt ein gründliches Vermischen des Bindemittels
und Farbmittels zu, und reduziert wesentlich die Reaktionszeit vom Öffnen des
Ventils bis zum Herstellen von farbigen Polyurethan-Materialien
(wie beispielsweise Polyurethanschaum), wodurch die Produktion von
Polyurethan-Abfallprodukten
effektiv beseitigt wird. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit einem
spezifischen Typ von Kugelventil und/oder der Platzierung von einer
Vielzahl derartiger angeordneter Ventile in einer radialen Ausgestaltung
an dem Verteiler werden auch bei der Erfindung erwägt.
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Stand der
Technik
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Polyurethanschaum-Teppichunterlageprodukte
werden genutzt, um Dämpfungsvorteile
für Fußgänger vorzusehen,
da Teppich üblicherweise über harte
Böden platziert
wird, wie beispielsweise Beton oder Holz. Eine derartige Teppichunterlage
sollte somit eine gleichmäßige und
regelmäßige Dämpfungswirkung über den
gesamten bedeckten Bereich vorsehen. Des Weiteren gibt es bestimmte ästhetische Qualitäten, die
auf dem Markt für
derartige Teppichunterlageprodukte gefordert werden, wie es Färbungen
und das Aussehen betrifft. Diese Anforderungen wurden in der Vergangenheit
durch die Nutzung und das Einführen
von Farbmitteln durch ein oder mehrere Rohre oder Injektoren entsprochen,
die aufeinanderfolgend und in Reihe angeordnet sind (falls eine Vielzahl
vorhanden ist), durch Verbindungen (Zuführleitungen usw.), die an einen
Verteiler zuführen
bzw. speisen, und schließlich
in Bindemittelzusammensetzungen mit den Standard-Polyurethan-Reaktanden (Polyole,
wie beispielsweise Ethertriole und dergleichen, und Isocyanate,
wie beispielsweise Diphenyldiisocyanat und dergleichen, lediglich
als Beispiele; jedes Standard-Polyol und -Isocyanat, das zur Herstellung
von Polyurethan in dieser Industrie genutzt wird, kann verwendet
werden). Die Rohre oder Ventilanordnungen wurden in der Vergangenheit
lediglich dadurch angeordnet, dass ein Loch in dem Verteiler erzeugt
wurde, an dem die Rohr- oder Ventilanordnungen angebracht werden.
Das Farbmittel würde
dann durch die Rohr- oder Ventilanordnung zugeführt (zum Beispiel durch Druck
oder Schwerkraft) und in einen Bindemittelstrom geleert, der sich
durch den Verteiler bewegt. Diese farbigen Zusammensetzungen werden
im Allgemeinen durch eine Bindemittelpumpe vermischt und auf Ausschussschaum
(scrap foam) gesprüht,
um das gewünschte
Teppichunterlageprodukt zu bilden. Ein derartiges Standardverfahren
hat sich in der Vergangenheit als ineffizient und problematisch
erwiesen, da der Durchdruck des sich bewegenden Bindemittelstroms
nicht immer konstant ist, und somit die bloße Einführung an den Wänden des Verteilers
keine ausreichende Fähigkeit
aufgewiesen hat, das Farbmittel mit dem Bindemittelstrom gründlich zu
vermischen (tatsächlich
verbleibt das Farbmittel eher in Kontakt mit der Verteilerwand als
in die Mitte des Bindemittelstroms „injiziert bzw. eingespritzt" zu werden). Dieses
Verfahren führt
somit zu einer ungleichmäßigen Färbung, Entfärbungen,
Koagulation von Bindemittel und Farbmittel, und der Herstellung von
nicht gewünschtem
und potentiell kostspieligem Abfallschaum.
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Folglich
führte
die Forderung der Einführung von
einer großen
Reihe von Farben in Bindungsmittel-Zusammensetzungen für die Produktion
von Polyurethanschaum-Teppichunterlageprodukten
zu einer signifikanten Bewegung hin zu Mischung-im-Flug-Farbdosierungseinheiten (blend-on-fly
color dosing units) basierend auf der Verwendung von Polymer-Farbmitteln. In diesem
Fall wird eine Farbdosierausstattung verwendet, um zwei oder mehr
Farben genau zu dosieren, die in den Polyol-Strom eingespritzt werden
und nachfolgend in einer Bindemittelpumpe vermischt werden, um die
richtige Schattierung und Farbtiefe vorzusehen. Der größte Vorteil
von dieser Art von Methode ist es, dass nun eine unbegrenzte Anzahl
von Farben aus 1 bis 5 „Anfangsfarben" hergestellt werden
kann, die im Flug gemischt werden. Zum Beispiel wird ein typisches farbiges
bzw. gefärbtes
Polyurethan-Produkt, eine Teppichunterlage, durch ein System gefärbt und
produziert, basierend auf einem Bindemittel-/Farbmittel-Schuss- bzw. Strahlprozess
(d.h. Farbe wird gleichzeitig mit dem Start von einer Bindemittelpumpe
eingeführt
und hält
an, wenn die Pumpe abgeschaltet wird, womit das Einführen von
zusätzlicher Farbe
in den Verteiler beseitigt wird). Änderungen von hellen und/oder
dunklen Schattierungen und Farbwechsel von einem Farbton zu einem
anderen können
mit einer minimalen Menge von Bindemittel-Spülung durch den Verteiler ausgeführt werden, womit
die Menge von außerhalb
der Qualität
liegendem Schaum verringert werden kann, der während des Farbwechselverfahrens
produziert wird. Somit können Änderungen
von einer dunklen Farbe zu der nächsten üblicherweise
in relativ kurzen Abständen ausgeführt werden,
was die Schaummenge minimiert, die als eine Folge des Farbwechsels
Ausschuss werden muss. Helle Schattierungen haben sich als eine
größere Herausforderung
erwiesen, da der Farbdurchsatz wesentlich geringer ist, was bewirkt,
dass sich die Reaktionszeit erhöht,
bevor tatsächlich
in dem System gemachte Wechsel bzw. Änderungen eine Wirkung haben
können.
Folglich wurde eine Einrichtung benötigt, um diese Reaktionszeit auf
ein akzeptables Niveau zu verringern, womit die Länge der
Zeit minimiert wird, die für
einen Wechsel von einer Farbe zu der nächsten erforderlich ist, sogar
bei geringen Flussraten (annähernd
2 Gramm pro Minute oder weniger).
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Es
wurde auch eine Einrichtung benötigt,
um gleichmäßige Farbgebungen
in dem Endprodukt zu produzieren, sowie um möglicherweise die Menge von
koaguliertem Bindemittel/Farbmittel zu reduzieren (das heißt koagulierte
oder kristallisierte Anteile des Farbmittels kombiniert mit dem
Polyol und dem Isocyanat der Bindemittel-Zusammensetzung). Ein derartiges
Koagulat produziert theoretisch Flecken oder Bereiche von „Härte" innerhalb des Teppichunterlageprodukts.
Da ein derartiges Produkt wünschenswerterweise
ein gleichmäßig gedämpftes, weiches
Gefühl
als eine Lage zwischen dem Teppich und den harten Boden darunter
vorsieht, wird jegliches koaguliertes Bindemittel/Farbmittel unerwünschte,
nachteilige Bereiche von „Härte" produzieren.
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Somit
war es notwendig eine Ausgestaltung zu entwickeln und/oder innerhalb
dieser spezifischen Ausgestaltung eine spezifische Ventilanordnung
zu nutzen, um ein effektives im-Flug-Polymer-Farbmittelmischen
mit gleichmäßigen Farbgebungen
in dem Endprodukt zu erleichtern und eine wesentlich verringerte,
wenn nicht beseitigte, Bindemittel-/Farbmittel-Koagulatproduktion. Um dieses zu tun,
war es zuerst notwendig zu realisieren, dass die gegenwärtige Standardausgestaltung
entweder einen Einzelfarbmittel-„Injektor" (d.h. Rohr, Ventil, usw.) an dem Dosierverteiler
nutzte, oder eine Vielzahl von „Injektoren", die aufeinanderfolgend
und in Reihe an dem Verteiler ausgerichtet waren (d.h. einer nach
dem anderen), derart, dass die „Injektoren" lediglich verwendet
würden,
um ein Farbmittel an eine Stelle in sehr dichter Nähe zu der
Verteilerinnenwand zu übertragen.
Eine derartige begrenzte Art des „Einspritzens" von Farbmittel führte zu
den oben diskutierten Problemen, da das Farbmittel nicht gründlich vermischt würde, in
Verbindung mit dem laminaren Fluss des Bindemittels durch den Verteiler,
würde im
Grunde eher in Kontakt mit dem Verteiler bleiben, als innerhalb
des Bindemittelstroms gründlich
vermischt zu werden. Somit war es begründet, dass das Hauptproblem
mit dem herkömmlichen
Verfahren zur Herstellung von Polyurethan-Schaum eher durch die
Nutzung einer neuen modifizierten Ventilanordnung erleichtert werden
könnte,
die sich innerhalb des Verteilers erstreckt, als das sie an einer
Stelle außerhalb des
Verteilers verbleibt. Folglich sieht diese Erfindung eine Vorrichtung
für die
Produktion von Polyurethanschaum-Teppichunterlagen
vor, mit einem Mechanismus für
das Einführen
von Farbmittel in eine Bindemittel-Zusammensetzung; wobei die Vorrichtung
einen Verteiler umfasst, der eine Innenseiten-Oberfläche und eine Außenseiten-Oberfläche umfasst,
in dem die Bindemittel-Zusammensetzung und die Farbmittel zusammen
vermischt werden, welcher zu einer Bindemittelpumpe führt; wobei
die Vorrichtung zumindest eine Ventilanordnung umfasst, durch welche
die Farbmittel von einer Zuleitung an den Verteiler weitergeleitet
werden; und wobei die zumindest eine Ventilanordnung derart in dem
Verteiler angeordnet ist, dass die zumindest eine Ventilanordnung
gleichzeitig sowohl mit der Außenseiten-Oberfläche als
auch der Innenseiten-Oberfläche
des Verteilers in Kontakt ist.
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Des
Weiteren wurden bei anderen Polyurethan-Herstellungsverfahren die Farbmittel
traditionell ausschließlich
zu der Polyol-Komponente zugegeben vor ihrer endgültigen Reaktion
mit Isocyanat, um den Polyurethan-Zielartikel (wie beispielsweise Schaum,
Teppichunterlage, Autostoßstangen
und dergleichen) auszubilden. Derartige Lieferanten chemischer Zusätze produzieren
jedoch nicht immer farbige Polyol-Zusammensetzungen, da auch ungefärbte Schaumprodukte
von den Verbrauchern gewünscht
werden. Somit mischt und formuliert der Polyol-Hersteller im Allgemeinen
die gewünschten
Polyol-/Farbmittel-Zusammensetzungen und verschifft derartige an
seinen abnehmenden Polyurethan-Hersteller.
Polyol-Produktion wird im Allgemeinen aus Kostengründen in
einem einzelnen speziellen Mischkessel durchgeführt. Falls eine Charge von
Polyol zu färben
ist, muss der Lieferant chemischer Zusätze das Polyol und die Farbmittel-Konstituenten
in einem derartigen Kessel bzw. Behälter gründlich vermischen. Sollte jedoch
eine weitere Polyol-Zusammensetzung produziert werden müssen, ohne
ein hinzugefügtes
Farbmittel, muss der Mischkessel nach jeder Produktion einer Polyol-/Farmittel-Zusammensetzung
gründlich
gereinigt werden (insbesondere, wenn Pigmente genutzt werden). Dieser
Kosteneinschnitt hat sich somit in eine begrenzte Auswahl von Farben übertragen,
da der Lieferant chemischer Zusätze
im Allgemeinen entweder ungefärbtes
Polyol oder eine einzelne Farbe davon herstellt (wie beispielsweise
schwarz, aus einem Schwarzpigment). Außerdem ist die Farbreaktionszeit
von der Abgabe des Farbmittels bis zu der klaren Einführung von Farbmittel
in die Polyol-Zielzusammensetzung im Allgemeinen sehr hoch bei den
jetzt in Betrieb befindlichen Systemen (z.B. Ventilanordnungen,
die an der Außenseite
eines Verteilers angebracht sind, welche ein Farbmittel in den Verteiler
an der Oberfläche
der Innenwand einführen).
Zum Beispiel, und lediglich als ein Beispiel, wurden die folgenden
Maßnahmen mit
den jetzt genutzten Standard-Ventilanordnungen unternommen: Durch
einen 2,54 cm (ein Zoll) Verteiler wurde eine Polyol-Zusammensetzung
bei ungefähr
466,5 Gramm pro Minute gepumpt. Farbe wurde bei einer Rate von 11,1
Gramm pro Minute an einem Injektionspunkt 45,72 cm (achtzehn Zoll)
von einer Standard-Zahnradpumpe zugefügt, gefolgt von einem zusätzlichen
45,72 cm (achtzehn Zoll) von Rohr von der Ablassöffnung an der Pumpe zu einem
Auslass. Bei Betätigung
der Ventilanordnung in einen Abgabemodus war eine Gesamtzeit von
35 Sekunden notwendig, bevor sich Farbmittel in der Polyol-Zusammensetzung
hinter dem Auslass befand. Als die erfinderische Ventilausgestaltung
praktiziert wurde, verging jedoch eine Gesamtzeit von siebzehn Sekunden
vor der Farbmittel-Realisierung in der Polyol-Zusammensetzung. Beim
Umschalten der traditionellen Ventilanordnung (welche zulässt, dass
Farbmittel sich die Verteiler-Innenwände hinunter bewegt) in einen
Rezirkulationsmodus (wodurch das Einführen von mehr Farbmittel in
den Verteiler verhindert wird), wurde des Weiteren eine Gesamtzeit
von 120 Sekunden gemessen, bevor ein Farbmittel aus dem Polyol-Endprodukt
verschwand. Bei Verwendung der erfinderischen Ventilanordnung war
eine Gesamtzeit von zwischen 25 und 30 Sekunden für einen
vollständigen
Verbrauch von Farbmittel innerhalb des Ziel-Polyols notwendig. Somit gewährte die
Einführung
von Farbmittel in die Mitte des Bindemittelstroms sowohl schnellere
Startzeiten als auch Endzeiten (und somit eine wesentliche Reduzierung
der Produktion von Abfall-Polyurethan).
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Die
erfinderische Ventilanordnungsausgestaltung bietet eine große Verbesserung
für Lieferanten
chemischer Polyol-Zusätze und
Endschaumhersteller, da sie eine größere Flexibilität bei der
Farbwahl mit der Erleichterung von potentiellen kostspieligen Reinigungsbemühungen zulässt, weil
der neue, dem Ventil hinzugefügte
Verteiler die Herstellung von allen ungefärbten Polyol-Zusammensetzungen
in dem Mischkessel des Lieferanten chemischer Zusätze zulässt. Das
Farbmittel kann dann direkt zu dem Polyol durch die Nutzung der
erfinderischen Ventil-/Verteileranordnung in seinem endgültigen Transportbehälter hinzugefügt werden,
dadurch, dass ein gründliches
Vermischen des Farbmittels und Polyols durch die Einführung des
Farbmittels direkt in den Strom von Polyol(Bindemittel) während der Überführung von
dem Mischkessel in den Transportbehälter (Transportkasten, Tankwagen
und dergleichen) zugelassen wird. Da die Ventilanordnung das Farbmittel
in die Mitte des überführten Bindemittelstroms „eingespritzt", wird das Farbmittel
nicht nennenswert die Wände
des Verteilers beschichten oder innerhalb des Verteilers bewegungslos
bleiben (und somit wird keine Koagulation auftreten).
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Die
bestimmten Ventile können
selbst jede Struktur aufweisen; bevorzugte Ventile sind jedoch spezifische
Kugelventile, die zwei alleinige Kanäle umfassen, um ein unverzügliches
Umschalten vom Abgabe- in den Rezirkulationsmodus zuzulassen, welcher
unten ausführlicher
diskutiert werden. Außerdem
hat sich eine bevorzugte, aber nicht erforderliche radiale Ausgestaltung
einer Vielzahl von Ventilanordnungen an dem Verteiler als am effektivsten beim
Vorsehen von gründlichen
und sehr wünschenswerten
Farbgebungen erwiesen, durch das Vermischen unterschiedlicher Farbmittel
in dem Bindemittelstrom selbst. Diese Effektivität beruht höchst wahrscheinlich auf der
nahezu unmittelbaren Reaktionszeit zu einem Betätigungssignal, das jedes Ventil zulässt, da
sie in gleichem Abstand von der gleichen vermischenden Bindemittelpumpe
sind. Eine derartige Ausgestaltung ist besonders geeignet zum Einführen (wie
beispielsweise durch Einspritzen) von Farbmitteln in die Bindemittel-Zielzusammensetzungen
(mit Polyolen) für
die endgültige
Produktion der Polyurethanschaum-Zielprodukte (am wichtigsten Teppichunterlagen),
wodurch eine wesentliche Verringerung von potentiellem Schaumabfall
aufgrund von geringen Farbgebungen oder Verfärbungen zugelassen wird. Wie
oben angemerkt, verringert des Weiteren eine derartige radiale Ausgestaltung
wesentlich das Miteinanderverbinden von überschüssigem Farbmittel und Bindemittel,
was unansehnliche und unangenehme Bereiche von „Härte" in der Schaumunterlage produzieren
kann. Das resultierende Produkt war somit gründlich und gleichmäßig gefärbt und
wies eine gleichmäßige Dämpfung über den gesamten
Artikel auf.
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Wie
oben angemerkt, wurde außerdem
herausgefunden, dass die erfinderischen Ventilanordnungen auch spezifische
Arten von Kugelventilen umfassen können, welche zwei gegenseitig
alleinige Kanäle
aufweisen, die durch senkrechte Ebenen der Kugel verlaufen, wobei
einer im Allgemeinen vom Eintritt durch eine Seite der Kugel bis
zum Austreten aus der gegenüberliegenden
Seite in der gleichen Ebene bleibt, wobei der andere in die Kugel
auf einer Achse eintritt und an einem Punkt 90° von dem Eintrittspunkt auf
einer unterschiedlichen Achse austritt. Genauer gesagt besitzen
die bevorzugten, genutzten Kugelventile derartige gegenseitig alleinige
Kanäle, welche
die gleichen Bohrungsgrößen sowie
die gleichen Bohrungsgrößen wie
die Abgabeöffnung
in den Verteiler hinein aufweisen. Dieses Kugelventil ermöglicht eine
schnelle und effiziente Bewegung des Ventils von dem Rezirkulations-
zum Abgabemodus mit, wenn überhaupt,
einer minimalen Leckage oder Verlust von Farbmittel. Eine derartige
Verwendung des Kugelventils führt
auch zu einem schnellen Druckaufbau und folglich nahezu verzögerungsfreier Zufuhr
(und, falls überhaupt,
einem minimalen Druckabfall bei der Bewegung des Ventils zwischen
den Modi). Zusätzlich
zu einer schnellen Einleitung des Farbflusses wurde herausgefunden,
dass die Anforderungen der Situation auch die Fähigkeit erfordern, nahezu unverzüglich den
Farbmittelfluss zu unterbrechen, sogar bei einem hohen Durchsatzdruck,
wenn die Farbe von dem Abgabemodus zurück zu dem Rezirkulationsmodus
umgeschaltet wurde. Dieses Erfordernis verhindert theoretisch das „Ausbluten" von Farbe zurück in den
Verteiler, wenn die Notwendigkeit für Farbe endet. Die heutzutage
verwendeten Standard-Ventilanordnungen wenden sich diesem Problem
nicht effektiv zu. Als solches wurde das nahezu unmittelbare Starten
und Anhalten von Farbfluss als eine Folge der Nutzung der bestimmten
Kugelventile bei dem gegenwärtigen
erfinderischen Verfahren, Ventilanordnungsausgestaltung und Dosiervorrichtung
erreicht.
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Polymer-Farbmittel
(d.h. polyoxyalkylierte Farbmittel), wie beispielsweise diejenigen,
die im U.S. Patent 4,284,279 an Cross et al. beschrieben werden,
wurden für
eine Anzahl von Jahren verwendet um Polyurethanschäume, einschließlich Teppichunterlagen,
zu färben.
Vor der Nutzung derartiger Polymer-Farbmittel waren Pigmentdispersionen
die Hauptquelle von Polyurethan-Färbungszusammensetzungen. Derartige
Dispersionen haben sich traditionell als sehr schwer handhabbar
erwiesen, zu viskos zur Verwendung in Standard-Injektoren, höchst verfärbend und somit schwierig von
Standard-Injektorausstattungen zu reinigen (ohne die Notwendigkeit
für umweltunfreundliche
Lösungsmittel),
und sehr scheuernd und somit potentiell die mit der Färbung von
Polyurethanschaum verbundene, empfindliche Maschinerie beschädigend.
Folglich sind Polymer-Farbmittel als die besten Materialien zur
Färbung
von Polyurethanschaum-Teppichunterlageprodukten
weit akzeptiert.
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In
der Vergangenheit wurden kundenspezifische Mischungen von Polymer-Farbmitteln
zeitlich im Voraus gemacht, unter Verwendung von zwei oder mehreren „Primär-"Farben, vor der Einfügung in
den Zielschaum. Die Komponenten würden miteinander vermischt
werden, unter Verwendung irgendeiner Art von Rührmaschine, wie beispielsweise
ein Mischer oder ein Trommelmischer. Sobald die Mischung eine geeignete
Schattierung aufwies, wurde sie an einen Lagertank für ein weiteres
Einführen
in das Schaumsubstrat überführt. Bei
Abschluss des Färbens
mit einer spezifischen Charge von Polymer-Farbmittel müsste die
vorher durchlaufene Farbe aus dem Lagertank entleert werden; der
Tank müsste
gereinigt werden; und dann müsste
die nächste
zu durchlaufende Farbe in dem gleichen Tank in den Tank gefüllt werden.
Ein Reinigen der Tanks, Zufuhrleitungen (alias Rohrleitungen) usw.
wurde aufgrund der Wasserlöslichkeit
der Polymer-Farbmittel gefördert
(insbesondere im Vergleich mit Pigmenten); die sich daraus ergebenden
Arbeitsabläufe
wurden dennoch als arbeitsintensiv erachtet und nicht kosteneffizient.
Die allgemeine Praxis wurde dann modifiziert, um einen speziellen
Tank für
jede getrennte Farbe (Schattierung) beizubehalten, die zu durchlaufen
ist. Dies führte
zu einer Anzahl von Ineffizienzen, die nicht wünschenswert waren, falls ein
Schaumhersteller die Ansprüche
auf dem Markt angemessen erfüllen
wollte.
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Polymer-Farbmittel,
wie diejenigen, die oben in Cross et al. zitiert werden, waren entworfen
um vollständig
miteinander sowie mit den meisten Polyolen mischbar zu sein, einer
der zwei Hauptbestandteile, die verwendet werden um Polyurethan-Materialien herzustellen
(Isocyanate sind der andere). Auf der anderen Seite sind Pigmentdispersionen
Feststoffe in irgendeiner Art von flüssigem Träger. Sie erfordern einen hohen
Grad an Rühren
bevor sie sich zufriedenstellend zusammen mischen, um eine gleichmäßige Farbe
vorzusehen. Folglich ist die kurze Zeit, die das Polyol und Farbmittel
in der typischen Schaumherstellungsvorrichtungs-Bindemittelpumpe vermischt
werden, nicht ausreichend um ein angemessenes Vermischen von Komponenten
zuzulassen, um eine einzelne homogene Färbung überall in dem Zielschaum sicherzustellen.
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Eine
Ausgestaltung von dieser typischen Farbmittel-Produktionslinie für farbigen Teppichunterlage-Schaum
ist in 1 veranschaulicht. Dieses Standard-Färbesystem
selbst besteht im Allgemeinen aus einem bis fünf Farblagertanks (von denen drei
als 12a, 12b, 12c in 1 abgebildet
sind), wobei jeder einen Strom von Farbmittel durch Zufuhrleitungen 13a, 13b, 13c an
zumindest eine (pro Zufuhrleitung 13a, 13b, 13c)
Verdrängungs-Geradstirnradpumpe 15a, 15b, 15c zuführt, die
mit einem Motor/Antrieb 14a, 14b, 14c mit
variabler Geschwindigkeit gekoppelt ist (wie sie beispielsweise
von Viking erhältlich
ist). Die Motor-/Pumpenkombinationen 14a, 15a, 14b, 15b, 14c, 15c werden üblicherweise kontinuierlich
laufen gelassen, entweder in dem Rezirkulations- oder Abgabemodus
(abhängig
von der Position eines 3-Wege-Ventils 11a, 11b, 11c),
um die Zeit zu minimieren, die erforderlich ist um den Motor 14a, 14b, 14c zu
den richtigen Umdrehungen pro Minute (rpm) aufzuspulen, und schließlich den
erforderlichen Druck zu erreichen, um eine Farbfluss in Vormischungsverteiler 8 einzuleiten,
durch in Reihe ausgestaltete 3-Wege-Ventile 11a, 11b, 11c [und/oder
Injektoren (nicht dargestellt)]. Die Durchsatzdrücke von jeder Linie werden
typischerweise durch die Nutzung von Druckmessdosen 16a, 16b, 16c gemessen,
die an jeder Zufuhrlinie 13a, 13b, 13c angebracht
sind, von den Pumpen 15a, 15b, 15c zu
jedem 3-Wege-Ventil 11a, 11b, 11c. Die
typischen 3-Wege-Ventile 11a, 11b, 11c sind
luftbetätigt
und werden verwendet um den Fluss von Farbmitteln von den Rezirkulations-Zufuhrlinien 17a, 17b, 17c an
die Abgabelinien (nicht gezeigt) an den Verteiler 8 zu
lenken, wenn ein Farbfluss an den Verteiler 8 erforderlich
ist. Die Farbmittel werden sich mit einem Strom einer Bindemittel-Zusammensetzung 10 vermischen,
welche die Polyurethan-Reaktanden (Polyol und Isocyanat, sowie andere
potentielle Additive) umfasst. Von dem Verteiler 8 werden
die Bindemittel-Zusammensetzung und Farbmittel an die Bindemittelpumpe 9 bewegt,
für ein
weiteres und gründliches Vermischen der
resultierenden Bindemittel-/Farbmittel-Zusammensetzung. Die resultierende Zusammensetzung wird
dann auf ein Substrat (wie beispielsweise Ausschussschaum, nicht
dargestellt) gesprüht,
um das gewünschte
Schaum-Teppichunterlageprodukt
(nicht dargestellt) herzustellen. Obwohl sich diese Ausgestaltung
in der Vergangenheit als effektiv erwiesen hat, verbleiben eine
Anzahl von mit diesem Vorgehen assoziierten Problemen, die ehemals
ungelöst
waren.
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Zum
Beispiel verlangt der Markt, dass ein Polyurethan-Hersteller in der
Lage ist Bindemittel-Spritzvorgänge
vorzusehen, um dunkle Schattierungen sowie helle Schattierungen
mit einer Vielzahl von Farbtönen
und bei unterschiedlichen Polyol-Flussraten herzustellen. Da Farbe
volumetrisch gemessen wird, ist ein umfangreicher Bereich von Farbflussraten
erforderlich, um einen Fluss sicherzustellen, der gering genug für eine geringfügige Komponente
in einer hellen Schattierung ist. Außerdem können die Polyol-Flussraten
so niedrig sein wie 14 kg/min und so hoch wie 55 kg/min [eine Farbbeladung
wird im Allgemeinen in Gewichtsprozent des Bindemittels (Gew.%)
angegeben]. Wie die Rate, auf welche der Polyol-Fluss reduziert
ist, so muss die Farbrate reduziert werden, um das gleiche Gew.% beizubehalten.
Für die
meisten in den Vereinigten Staaten hergestellten Polyurethan-Produkte
müssen die
Farbabgabesysteme in der Lage sein einen Farbfluss vorzusehen, der
so niedrig wie 2 Gramm/min und so hoch wie 3000 Gramm/min oder mehr
ist. Die Rate bei der Farbe zu fließen beginnt, wenn 3000 Gramm/Minute
gepumpt werden, ist im Allgemeinen sehr unterschiedlich als ein
Pumpen von 2 Gramm/min, bis zum Beispiel die vorliegende Erfindung
eingebaut ist. Vor diesem Zeitpunkt war der allgemeine Ansatz eine
Leitung mit einem kleineren Durchmesser für den Niedrigflussbereich zu
verwenden. Leider gibt es ausgeprägte Beschränkungen bei einer derartigen
Zufuhrleitung mit kleinem Durchmesser (kleine Bohrung), am bemerkenswertesten der
resultierende Durchsatz-Druckabfall vom Pumpen von Material mehrere
Fuss durch eine Leitung mit kleinem Durchmesser.
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Des
Weiteren weisen die typischen Ventile, die in wieder verbindenden
(d.h. mit der Verwendung von einer Bindemittelkomponente, die nachfolgend mit
Isocyanat vermischt wird) Polyurethan-Schaumfärbungssystemen genutzt werden,
eine luftbetätigte Dreiwege-Kugelventilanordnung
(18 in 2), die ungefähr 91 bis
183 cm (drei bis sechs Fuss) von dem Bindemittelzusammensetzungs-Verteiler
(8 in 1) positioniert ist (wie beispielsweise 11a, 11b, 11c in 1).
Aufgrund der Ausgestaltung der erhältlichen Kugelventile sind
die entsprechenden Zufuhrleitungen im Allgemeinen in Reihe und aufeinanderfolgend
an der Außenseite
des Verteilers (8 in 1) angeordnet.
Wie durch die Darstellung von einer Standard-Dreiwege-Kugelventilanordnung 18 in 2 vorgesehen
wird, tritt durch die Pumpe dosiertes Material in den oberen Teil
des Dreiwege-Kugelventils 19 aus der Lagertank-Zufuhrleitung 20 ein, und
tritt entweder durch die Rezirkulationsseite 25 oder die
Abgabeseite 22 aus, abhängig
davon, wie die Kugel ausgerichtet ist. 2 stellt
das Kugelventil 19 dar, wenn es in dem Rezirkulationsmodus
ausgerichtet ist. Sobald es gewünscht
wird von der Rezirkulation zur Abgabe und zurück zu wechseln, muss sich das
Kugelventil 19 typischerweise 180° von einer Seite des Kugelventils 19 zu
der anderen drehen (obwohl es einige Vorrichtungen gibt, die eine
90° Kugelventil-Rotation nutzen),
durch die Bewegung von einer Betätigungsvorrichtung
(nicht dargestellt), die an einem Betätigungsstift 23 angebracht
ist, der wiederum in Einbuchtung (nicht dargestellt) innerhalb des
Kugelventils 19 passt. Des Weiteren umfasst das typische
Kugelventil 19 einen einzelnen Kanal 21, um den
Farbmittelfluss entweder zu der Rezirkulationsseite 25 oder
der Abgabeseite 22 aufzunehmen. Dieser einzelne Kanal 21 ist
in einem rechten Winkel ausgestaltet und kann somit zu Problemen
des laminaren Flusses beitragen, dadurch, dass es erforderlich ist,
dass die Farbmittelflüssigkeit
drastisch die Richtung ändert,
wodurch der Drück über die
gesamte Flüssigkeitsmasse
verändert
wird (und somit eine Ungleichheit der Drücke über das gesamte Flüssigkeitsfarbmittel
produziert wird).
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Zusätzlich zu
diesem typischen Dreiwege-Ventil muss eine Vorrichtung verwendet
werden, um Farbe von der Wand des Verteilers einzuspritzen, um ein
angemessenes nachfolgendes Vermischen sicherzustellen (d.h. um die
mit einem laminaren Fluss durch eine Zufuhrleitung mit einem größeren Durchmesser
als das Dreiwege-Ventil assoziierten Probleme zu verringern). Idealerweise
sollte eine derartige Vorrichtung als ein Rückschlagventil funktionieren,
um Druck in der Leitung zwischen dem Ventil und dem Verteiler beizubehalten
und um einen Farbfluss anzuhalten, wenn von der Abgabe zur Rezirkulation
umgeschaltet wird. Derartige Vorrichtungen müssen einen Druck beibehalten,
nachdem die Abgabeeinheit in den Rezirkulationsmodus zurückgeführt wurde,
andernfalls fällt
der Druck unter den „Spalt-"Druck der Rückschlagventil-Feder,
was zu sogar noch längeren
Anläufen
führen
wird, die sich wiederum in Kostenüberziehungen, eine potentiell größere Menge
von außerhalb
der Qualität
liegendem farbigen Schaum, oder Schaum mit zahlreichen unerwünschten „Härte-"Bereichen übertragen
können.
Außerdem
muss der resultierende Druckabfall über einen breiten Abgabebereich
für solche
Injektoren akzeptabel sein, um jegliche andere verwandte Druckunterschied-Probleme
zu vermindern. Auch sind derartige Absperrventile effektiv beim
Verhindern, dass Bindemittel von dem Verteiler in die Ventilanordnung
eintritt. Als solche neigen die Absperrventile dazu zu verstopfen,
aufgrund des Aushärtens des
Bindemittels in dem höchst
eingeschränkten Raum.
Es gab keine Entwicklungen, die derartige gewünschte Verbesserungen oder
Abhilfen vorsehen, um diese Probleme zu verbessern und/oder zu korrigieren,
stimmte die Industrie durch den Stand der Technik zu.
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Offenbarung
der Erfindung
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Es
ist somit eine Aufgabe der Erfindung eine Ausgestaltung von Ventilanordnungen
um den Verteiler herum, entweder von einer Farbdosiervorrichtung
für Polyurethan-Schaumprodukte
oder einer Transfersystemvorrichtung für die Polyol-Lagerung und den
Versand, vorzusehen, die effiziente und regelmäßige Farbgebungen in dem Endprodukt
vorsieht, mit sehr kleinen, falls überhaupt, Verfärbungen oder
Abfallschaum. Es ist auch eine Aufgabe dieser Erfindung Ventilanordnungen
vorzusehen, die ein unverzügliches
Umschalten von einer rezirkulierenden Komponente zu einer Dosierung
an den Injektor zulassen, ohne einen hohen Durchsatzdruck zu erfordern.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren des Färbens von
Polyurethan-Schaumteppichunterlage mit einer geringen Durchsatz-Flussrate bereitzustellen,
mit einer Ventilanordnungsausgestaltung und/oder spezifischen Arten
von Kugelventilen in derartigen spezifisch ausgestalteten Ventilanordnungen,
welche die Produktion von unerwünschten Bereichen
von „Härte", die auf die Produktion
von Farbmittel-/Bindemittel-Koagulaten
innerhalb des Verteilers zurückzuführen sind,
wesentlich reduzieren und möglicherweise
beseitigen. Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es eine merkliche
Verbesserung beim Färben
von Polyurethan-Schaumteppichunterlagen
gegenüber
dem Stand der Technik vorzusehen, durch die Nutzung von Ventilanordnungen, die
Kugelventile mit zwei Kanälen
aufweisen, welche eine unverzügliche
EIN/AUS-Durchführung
in einem sehr weiten Bereich von Durchsatzdrücken zulassen. Noch eine andere
Aufgabe dieser Erfindung ist es eine Ausgestaltung von Ventilanordnungen
vorzusehen, welche die mit einem turbulenten Fluss von flüssigen Farbmitteln
in einer Polyurethan-Schaumfärbevorrichtung
assoziierten Probleme wesentlich verringert, dadurch, dass ein Einführen des
Farbmittelmaterials weg von den Wänden des Verteilers (und somit
ein potentiell problematischer Widerstand und Druckänderungen
durch das gesamte System) zugelassen wird.
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Die
zuvor erwähnte
Ausgestaltung der Ventilanordnung, die sich „innerhalb" eines Verteilers befindet und somit
gleichzeitig sowohl mit der Außenseiten-Oberfläche als
auch der Innenseiten-Oberfläche
des Verteilers in Kontakt ist (und sich zumindest fünf Millimeter
und die meiste Entfernung gleich dem Radius des Verteilers erstreckt),
um Farbmittel weg von den Verteiler-Innenwänden und in den Bindemittelstrom „einzuspritzen". Auf diese Art wird
eine bessere Steuerung der Farbmittelmengen vorgesehen, insbesondere
wenn Mischungen gewünscht
werden, um spezifische Farben oder Farbtöne in dem Zielschaum-Unterlageprodukt
zu produzieren, was wiederum dazu führt, dass geringere Mengen
von außerhalb
der Qualität
liegendem Abfallschaum produziert werden. Des Weiteren lässt diese
Ausgestaltung ein genaueres Gemisch von Bindemittel und Farbmittel zu,
um im Wesentlichen die zuvor erwähnten
Probleme zu vermeiden, die mit der Koagulation dieser zwei Komponenten
assoziiert werden. Zusätzlich
zu dieser Ausgestaltung wurde herausgefunden, dass ein Beschichten
der Innenseite des Verteilers mit Polytetrafluorethan, auch als
Teflon® bekannt,
von DuPont erhältlich,
zumindest teilweise in den Bereichen, in welche die Ventile die
Farbmittel einführen,
einen regelmäßigeren
Fluss des Bindemittels und des Bindemittel-/Farbmittelgemischs durch den Verteiler
zulässt.
Je regelmäßiger der
Fluss durch den Verteiler, desto geringer die Möglichkeit der Stagnation bzw. des
Stillstands der zwei Komponenten (und somit einer verringerten Fähigkeit
unerwünschte
Koagulate auszubilden). Des Weiteren sieht die Polytetrafluorethan-Beschichtung
eine mit Antihaftschichtung beschichtete Oberfläche innerhalb des Verteilers
vor, welche die Geschwindigkeit des Bindemittels/Farbmittels entlang
der Verteilerwände
erhöht,
wodurch ein regelmäßigerer
Durchsatzdruck durch die gesamte Dosiervorrichtung vorgesehen wird.
Vorzugsweise bedeckt die Beschichtung die gesamte Innenseiten-Oberfläche des
Verteilers.
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Außerdem wurde
herausgefunden, dass spezifisch ausgestaltete Kugelventile die optimale Leistung
für die
Dosiervorrichtung mit der oben angegebenen, bestimmten Ventilanordnungsausgestaltung
mit mehreren Ventilen vorsehen. Die einzelnen Ventile können jede
bekannte Ventilart enthalten und/oder nutzen, da die Ventilanordnungsausgestaltung
das Hauptverfahren für
das Vorsehen der zuvor erwähnten
Vorteile bei dem Teppichunterlage-Endprodukt. Wie zuvor angemerkt,
wurde jedoch die beste Leistung durch die Nutzung von kugelförmigen Kugelventilen
mit einzelnen ersten und zweiten Kanälen erzielt; wobei jeder Kanal
allein von dem anderen ist; wobei der erste Kanal eine erste Öffnung und
eine zweite Öffnung
aufweist, die sich beide an unterschiedlichen Positionen an der
kugelförmigen
Kugelventil-Oberfläche
befinden; und wobei der zweite Kanal eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweist;
die sich beide an unterschiedlichen Positionen an der kugelförmigen Kugelventil-Oberfläche befinden.
Kürzer
gesagt lassen diese kugelförmigen
Kugelventile die Verwendung von speziellen Dreiwege-Ventilen zu,
von denen jedes zwei alleinige Kanäle umfasst, die zulassen, dass
das Ventil von dem unteren Teil abgibt und nicht von dem unteren
Teil zuführt.
Ein Injektor kann auch mit dieser Ventilanordnung verwendet werden,
aber es wurde nicht bemerkt, dass dies für die Dosiervorrichtung erforderlich
ist, um wie innerhalb des erfinderischen Verfahrens beabsichtigt
zu funktionieren. Somit sieht jede gewünschte Ventilanordnung, mit
oder ohne einem Injektor, einen unverzüglichen Fluss vor, ungeachtet der
Flussrate. Außerdem
verringert dieses spezifische Dreiwege-Ventil mit dem spezifischen,
oben angemerkten kugelförmigen
Kugelventil wesentlich die Leckagemenge, falls sie nicht sogar beseitigt
wird, welche sich aus der Bewegung des Kugelventils von dem Abgabe-
in den Rezirkulationsmodus, oder umgekehrt, ergibt. Somit ermöglicht das
spezifische Kugelventil ein unverzügliches EIN/SUS-Schalten zwischen
einer Abgabezufuhrleitung an eine Injektoreinheit und einer Zufuhrleitung
an eine Rezirkulationsanordnung (um die potentiell verschwendete
Farbmittelmenge zu verringern und am besten sicherzustellen, dass
der Durchsatzdruck der gesamten Vorrichtung zu jeder Zeit gleichmäßig bleibt).
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Insbesondere
umfasst dieses Kugelventil zwei alleinige Kanäle, von denen einer so positioniert ist,
dass er den Farbmittelfluss an die Rezirkulationsanordnung lenkt
und der andere, dass er einen derartigen Fluss an den Injektor lenkt.
Dies wird dadurch erreicht, dass die zwei getrennten Kanäle auf vollständig separaten
Achsen ausgerichtet sind (zum Beispiel einer auf der x-Achse und
der andere entweder auf der y- oder z-Achse). Genauer gesagt muss der
Kanal, der nicht auf der x-Achse ist, in das kugelförmige Kugelventil
an einem mit 0° bezeichneten Punkt
auf der bestimmten Achse eintreten und tritt aus dem kugelförmigen Kugelventil
an einem Punkt 90° auf
der gleichen Achse aus. Auf diese Art sind die zwei Kanäle vollständig voneinander
alleine, wodurch eine Bewegung des Ventils zwischen den Rezirkulations-
und Abgabemodi erleichtert wird. Des Weiteren verringert die Ausgestaltung
des nicht-x-Achsen-Kanals die Änderung
von Druck auf das flüssige
Farbmittel durch das Ventil, als mit einem sich im rechten Winkel
biegenden Standard-Kanal (es sieht eine Art von Abzweigung vor).
Wieder hat sich ein derartiges Kugelventil als sehr effizient beim
Vorsehen der notwendigen unverzüglichen EIN/AUS-(Farb-Reaktions-)Zeiten
sowie beim Beibehalten der richtigen Flussrate (in einem äußerst breiten
Bereich von ungefähr
0,3 g/min bis ungefähr 14.000
g/min) erwiesen.
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Im
Allgemeinen wird eine Betätigungsvorrichtung
genutzt, um dieses Kugelventil in diese spezifischen Positionen
zu drehen. Eine derartige Betätigungsvorrichtung
umfasst einen Stift, der sich in die Ventilanordnung erstreckt,
wobei das Ende dieses Stifts so geformt ist, dass es in eine Einbuchtung
in dem Kugelventil passt. Die Betätigungsvorrichtung dreht dann
das Kugelventil die notwendige Anzahl von Grad, um den jeweiligen
Kanal mit der gewünschten
Zufuhrleitung auszurichten (90° wird
bevorzugt, obwohl in einigen Fällen
180° möglich sein kann).
Vorzugsweise würden
der Kugelventil-Kanal und
der optionale Injektor die gleiche Bohrungsgröße besitzen.
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Des
Weiteren ist es wichtig anzumerken, dass die Produktion von umweltunfreundlichen
farbigen Abfall-(unter der Qualität liegend)Polyurethan-Schaumteppichunterlagen
durch einen verzögerten
Farbmittelfluss (Durchsatz-Flussrate), Druckabfall, Turbulenz-Problemen
(welche selbst auf eine Unterbrechung des laminaren Flusses durch
den Verteiler zurückgeführt werden),
unregelmäßiges Farbmittel-Einführen in
das Bindemittel und die Farbmittelabgabe-Zufuhrleitung (an den Injektor)
und das Eingespritzte oder innerhalb Polyurethan-Schaumteppichunterlage-Standardfärbevorrichtungen,
und dergleichen, bewirkt wurde. Die erfinderische Ausgestaltung
von einer Vielzahl von Ventilanordnungen, sowie die Polytetrafluoethan-Verteilerbeschichtung und
das oben angemerkte spezifische kugelförmige Kugelventil, haben sich
sämtlich
als erfolgreich beim Heilen und Verringern der nachteiligen Wirkungen von
diesen Problemen erwiesen. Bezüglich
des Kugelventile, nutzen zum Beispiel Standard-Dreiwege-Ventile Kugelventile mit einzelnen
Kanälen
zum Leiten von Farbmitteln. Im Allgemeinen sind diese Kanäle derart
ausgebildet, dass sie eine Wendung im rechten Winkel der Farbmittelflüssigkeit
durch die Ventilanordnung erfordern, entweder zu der Injektor-Zufuhrleitung
oder zu der Rezirkulationszufuhrleitung (siehe 2 und
die obige Diskussion davon). Ein derartiger Richtungswechsel erhöht potentiell
die Probleme des turbulenten Flusses, die mit der Bewegung von flüssigen Farbmitteln
durch Zufuhrleitungen assoziiert werden (da der Fluss der einzelnen Teile
des flüssigen
Materials im Wesentlichen nicht gleichmäßig sein wird), und kann nachfolgend
zu nachteiligen Druckänderungen
führen,
welche wieder zur Produktion von Schaum außerhalb der Qualität führen kann.
Die erfinderische Kugelventilanordnung hat ein Mittel bereitgestellt,
sämtliche
dieser Probleme und potentiell schädigenden Umständen zu
vermeiden, insbesondere wo die Bohrungsgröße der Kanäle des Kugelventils und der
Zufuhrleitung durch den Injektor und an den Verteiler auch im Wesentlichen
die gleichen sind.
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Auch
lässt eine
Vielzahl von Ventilen an der Außenseite
des Verteilers innerhalb der Schaum-herstellenden Vorrichtung das
gleichzeitige Einführen von
unterschiedlichen Polymer-Farbmitteln
in den Bindemittelstrom zu. Wie zuvor angemerkt, lässt die Fähigkeit
gleichzeitig Farbmittel aus unterschiedlichen Ventilen „einzuspritzen" eine bessere Produktion
von mehr zufrieden stellenden Farbschattierungen zu, durch ein Vermischen
an der selben Position bzw. Stelle in der gleichen Entfernung von
dem Bindemittelpumpen-Vermischungskopf.
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Somit
lässt die
Erfindung eine wesentliche Reduzierung (nahezu vollständige Beseitigung)
von Abfall-Teppichunterlageschaum
zu, bei der Nutzung von (i) Ventilanordnungen, die definitiver und
gründlicher
Farbmittel in den Bindemittelstrom selbst zuführen; (ii) gleichzeitiges Speisen
von Ventilanordnungen für
das Einführen
von Polymer-Farbmitteln (durch
die Ausgestaltung der mehreren, oben angemerkten Ventilanordnungen);
(iii) sehr niedrige, aber höchst
wünschenswerte
Flussraten durch den Dosiermechanismus (was die Nutzung von einem äußerst breiten
Bereich von Flussraten ohne einen nennenswerten Druckabfall durch
die gesamte Vorrichtung zulässt);
(iv) eine Polytetrafluorethan-Beschichtung
auf zumindest einem Abschnitt der Innenseiten-Oberfläche des Verteilers, um die
Geschwindigkeit des Bindemittels/Farbmittels entlang der Wände des
Verteilers zu erhöhen
und die Stagnation des Bindemittels und Farbmittels zusammen für einen unerwünschten
und nennenswerten Zeitraum innerhalb des Verteilers zu verringern,
und dergleichen.
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Außerdem ist
innerhalb dieser Erfindung ein Verfahren zum Färben derartiger Polyurethan-Schaum-Teppichunterlageprodukte
eingeschlossen, unter Nutzung eines Dosiermechanismus mit der spezifischen
Ventilanordnungsausgestaltung innerhalb eines Verteilers. Des Weiteren
sind innerhalb der augenblicklichen Erfindung die Anordnung der
Ventilanordnungen, die, wie oben diskutiert, radial um den Umfang
von einem Verteiler angeordnet sind, und das resultierende farbige
Polyurethan-Schaum-Teppichunterlageprodukt
eingeschlossen.
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Der
Begriff „Polyurethan-Schaum-Teppichunterlageprodukt" ist eine bekannte
Beschreibung von ausgehärtetem
Polyurethan-Schaum,
der aus der Reaktion von Polyolen und Isocyanaten hergestellt ist,
der ungefärbt
ist und durch eine Färbevorrichtung
in seinem massigen geschäumten
Zustand zugeführt
wird und welcher schließlich
als eine Teppichunterlage zur Dämpfung
verwendet wird. Es wird wieder angemerkt, dass jedes farbige Polyurethan-Produkt
oder farbige Polyol-Zusammensetzung mit der erfinderischen Vorrichtung
hergestellt werden kann, und Teppichunterlagen (sowie andere Schaumartikel)
sind die am meisten bevorzugten.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Da
die 1 und 2 oben vollständig diskutiert
wurden und kein Teil der bevorzugten Ausführungsform für diese
Erfindung sind, werden die verbleibenden Zeichnungen die einzigen
sein, die in diesem Abschnitt diskutiert werden.
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3 ist
ein schematischer Querschnitt des bevorzugten Verteilers, an dem
drei Ventilanordnungen in einer radialen Ausgestaltung angeordnet
sind.
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4 ist
ein schematischer Querschnitt des bevorzugten kugelförmigen Kugelventils,
durch seine y-Achse geschnitten.
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5 ist
ein schematischer Querschnitt der bevorzugten Ventilanordnung.
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6 ist
eine Darstellung in Seitenansicht des bevorzugten Färbemechanismus
und Verfahrens, welche das bevorzugte Ventil nutzen, das an der
Außenseite
des Verteilers angeordnet ist. Eine derartige Darstellung weist
lediglich zwei Ventilanordnungen auf, aufgrund der Schwierigkeit
beim Zeichnen der begleitenden Maschinen und Zufuhrleitungen mit
mehr als zwei Ventilen, die an dem Verteiler anzuordnen sind. Tatsächlich werden
drei derartiger Ventile (und begleitende Maschinen) bevorzugt, wie
in 3 oben dargestellt ist.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
mit bevorzugten Ausführungsformen
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Der
Verteiler 24 in 3 weist eine zylindrische Form
auf. Die Ventilanordnungen 26a, 26b, 26c sind
radial um den Umfang des Verteilers 24 herum angeordnet,
welche ein Farbmittel an Einspritzpunkten 34a, 34b, 34c einführen, welche
sich an Positionen gut bzw. weit im Innern des Verteilers 24 befinden
[hier ungefähr
1 Zentimeter, aber möglicherweise
von ungefähr
5 Millimeter und hoch eine Entfernung, die gleich dem Radius des
Verteilers 24 ist, falls lediglich eine Ventilanordnung
an dem Verteiler vorhanden ist oder falls eine Vielzahl von Ventilanordnungen
vorhanden sind und in Reihe ausgestaltet sind (wie in der oben diskutierten 1);
Standard-Verteiler weisen einen Durchmesser von ungefähr 5,08
cm (2 Zoll) auf, wobei sie somit einen Radius von 2,54 cm (1 Zoll)
aufweisen], in den Bindemittelzusammensetzungsstrom innerhalb des
Verteilers 24. Vorzugsweise ist die Innenseiten-Oberfläche des Verteilers
mit einer Antihaft-Beschichtung beschichtet, wie beispielsweise
Polytetrafluorethan (Teflon®), um den Aufbau oder
die Stagnation einer Farbmittel- und Bindemittelzusammensetzung
innerhalb des Verteilers 24 zu verringern. Dies verringert
die potentiell nachteiligen Wirkungen, die auf den laminaren Fluss
des Farbmittels und Bindemittels zurückgeführt werden. Insbesondere ist
die Antihaft-Beschichtung zumindest an den tatsächlichen Einspritzungspunkten 34a, 34b und 34c für die Farbmittel
aufgebracht. Jede der Ventilanordnungen 26a, 26b, 26c umfasst Motoren 28a, 28b, 28c,
um die Betätigungsvorrichtungen 30a, 30b, 30c anzutreiben,
welche die einzelnen bevorzugten kugelförmigen Kugelventile (nicht dargestellt)
zwischen ihren Abgabe- und Rezirkulationsmodi bewegen. Die Betätigungsvorrichtungen 30a, 30b, 30c umfassen,
wie oben angemerkt, Stifte (nicht dargestellt), welche an den Motoren 28a, 28b, 28c angebracht
sind und somit gemäß dem gewünschten
Modus eingestellt werden können.
Das Kugelventil (nicht dargestellt) kann somit die Überführung von
Farbmittel an eine Rezirkulationsleitung 36a, 36b, 36c zum
Wiedereinführen
in einen Lagertank (nicht dargestellt) zuzulassen, welche dann das Farbmittel
zurück
in die Ventilanordnung 26a, 26b, 26c überführen können, für eine potentielle
Abgabe in den Verteiler 24. Die Abgabeleitung 32a, 32b, 32c führt somit
zu dem Verteiler 24, und durch die Einspritzungspunkte 34a, 34b, 34c wird
das Farbmittel in die Bindemittelzusammensetzung in dem Verteiler 24 eingeführt. Von
dem Verteiler 24 wird die Bindemittel-/Farbmittelzusammensetzung dann zu einer Bindemittelpumpenanordnung
(nicht dargestellt) bewegt, wo die Zusammensetzung zum Beispiel
auf Ausschussschaum als ein Substrat gesprüht wird, auf dem die Bindemittel-/Farbmittelzusammensetzung
schließlich
selbst Polyurethan-Schaum
wird. Das Produkt wird somit richtig als eine Teppichunterlage genutzt,
weist durchgehend regelmäßige Farbgebungen
auf und weist keine Bereiche von „Härte" überall
in dem gesamten Körper
des Produkts auf.
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Das
kugelförmige
Kugelventil 40 von 4, das aus
rostfreiem Stahl (vorzugsweise), Titan, Kohlenstoffstahl und dergleichen
hergestellt sein kann, umfasst einen ersten Kanal 42, der
durch die gesamte Kugel auf einer einzelnen Achse (zum Beispiel
der x-Achse), und in einem spezifischen Winkel (derart, dass sich
der gesamte Kanal 42 bei 0° auf der x-Achse befindet) verläuft. Das
Kugelventil 40 umfasst auch einen zweiten Kanal 44,
der durch die gesamte Kugel auf einer einzelnen Achse, den ersten
Kanal 42 ausgeschlossen (hier die y-Achse, obwohl auch die
z-Achse möglich
ist) und in einem spezifischen Winkel (derart, dass der Kanal 44 in
das Kugelventil 40 an einem Punkt von ungefähr 0° auf der
Kugel in der y-Achse eintritt, und aus dem Kugelventil 40 an einem
Punkt 90° von
dem anderen Eingang verlässt, aber
immer noch in der gleichen Achse) verläuft. Durch diese Ausgestaltung,
und innerhalb einer Ventilanordnung (41 von 5),
lässt der
erste Kanal 42 einen Fluss des flüssigen Farbmittels (nicht dargestellt)
durch das Ventil 40 an eine Rezirkulationszufuhrleitung
(58 von 5) zu, wenn er mit der Einlasszufuhrleitung
(52 von 4) ausgerichtet ist, von einem
Lagertank (72a, 72b von 6). Bei
Rotation von 90° durch
die Nutzung eines Betätigungsstifts (60 von 5),
der an einer Betätigungsvorrichtung (62 von 5)
angebracht ist, im Eingriff mit einer richtig geformten Einbuchtung
(nicht dargestellt), die sich an dem Punkt 270° auf der y-Achse in dem und von dem Kugelventil 40 befindet,
wird der erste Kanal 42 von sämtlichen seiner entsprechenden
Zufuhrleitungen (52, 58 von 5)
außer
Eingriff gebracht, und lässt
den Fluss von flüssigem
Farbmittel (wie beispielsweise Polymer-Farbmittel, nicht dargestellt durch
das Kugelventil 40 (43 von 5) und in
die Abgabezufuhrleitung (64 von 5) zu. Die
Bohrung von jedem Kanal 42, 44 ist für jeden
die gleiche; die tatsächliche
Größe der beiden
Bohrungen in den Kanälen 42, 44 kann
jedoch jede Größe sein,
solange sie die Größe wie die
Bohrung der Einlasszufuhrleitung (52 von
-
5),
der Rezirkulationszufuhrleitung (58 von 5)
und der Abgabezufuhrleitung (64 von 5) aufweisen.
Die Größe des Kugelventils 40 (43 von 5)
hängt lediglich
ab von der Raummenge zwischen sämtlichen
der Zufuhrleitungen (52, 58, 64 von 5)
in der gesamten Ventilanordnung (41 von 5).
Die Abgabezufuhrleitung (64 von 5) lässt den
Fluss des flüssigen
Farbmittels (nicht dargestellt) in den Verteiler (24 von 3)
zu, durch jede Art von Überführungseinrichtung
[wie beispielsweise ein Injektor (nicht dargestellt)].
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6 integriert
somit eine potentiell bevorzugte Ventilanordnung (41 von 5)
in die gesamte Polyurethan-Schaumteppichunterlage-Färbevorrichtung
und das Verfahren. Das Farbmittel wird von einem Lagertank 72a, 72b zu
zumindest einer Verdrängungs-Geradstirnradpumpe 74a, 74b an
jeder Zufuhrleitung 85a, 85b transportiert, die
mit einem Motor/Antrieb 76a, 76b mit variabler
Geschwindigkeit (wie von Viking erhältlich ist) gekoppelt ist.
Die Motor/Pumpenkombination 74a, 76a, 74b, 76b wird
entweder in dem Rezirkulations- oder Abgabemodus (abhängig von
der Position des Dreiwege-Ventils 78a, 78b) kontinuierlich
betrieben. In dem Abgabemodus fließt das Farbmittel durch das
Ventil 78a, 78b in einen Verteiler 68.
Der Durchsatzdruck wird durch die Nutzung von einem an der Zufuhrleitung 85a, 85b angebrachten
Druckmesser 84a, 84b gemessen, von der Pumpe 74a, 74b zu
dem Dreiwege-Ventil 78a, 78b. Das Dreiwege-Ventil 78a, 78b ist
luftbetätigt (obwohl
jede andere Art von Betätigungsvorrichtung verwendet
werden kann) und leitet den Farbmittelfluss von der Rezirkulationszufuhrleitung 86a, 86b zu der
Abgabezufuhrleitung zu dem Verteiler 68, wenn ein Farbfluss
an den Verteiler 68 gewünscht
wird. Von dem Verteiler 68 wird die Bindemittel-/Farbmittelzusammensetzung
an eine Bindemittelpumpe 70 bewegt, um die Zusammensetzung
gründlich
zu vermischen, und dann weiter zu einer Sprühanordnung (nicht dargestellt),
um die resultierende farbige Bindemittelzusammensetzung auf ein
Substrat zu sprühen,
um die Polyurethan-Schaum-Zielzusammensetzung auszubilden, welche
nachfolgend in einen Teppichunterlageartikel (nicht dargestellt)
zerschnitten werden kann. Eine derartige Teppichunterlage (nicht dargestellt)
kann dann gerollt und gelagert werden, bis sie abgerollt und zerschnitten
wird, um mit der Form eines Teppichstücks (nicht dargestellt) übereinzustimmen.
Die Teppichunterlage (nicht dargestellt) kann dann auf einen Boden
platziert werden und das Teppichstück (nicht dargestellt) kann
dann über
der Teppichunterlage (nicht dargestellt) platziert werden, um eine
Dämpfung,
ein weiches Gefühl,
Beständigkeit
und dergleichen für
den Nutzer vorzusehen.
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Es
gibt natürlich
viele alternative Ausführungsformen
und Modifikationen der vorliegenden Erfindung, wobei beabsichtigt
ist, dass sie im Bereich der folgenden Ansprüche enthalten sind.