-
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines dichten Schaumes Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines dichten,
gleichmäßigen Schaumes, wie er z. B. zur Herstellung von mit Hohlräumen durchsetzten
Baustoffen geeignet ist.
-
Bei der bisher üblichen Herstellung von Schaum werden viskose Flüssigkeiten
oder Lösungen als Schaumbildner benutzt, die durch Schlagen in Schaum übergeführt
werden. Bei diesen Verfahren nimmt man und braucht man auch keine Rücksicht auf
die Erzeugung eines gleichmäßigen Schaumes zu nehmen. Die bekannten Verfahren sind
deshalb durchaus ungeeignet zur Herstellung eines gleichmäßigen, dichten Schaumes,
wie er zur Herstellung von mit Hohlräumen durchsetzten Baustoflien erforderlich
ist, weil dabei Gleichmäßigkeit von größter und wichtigster Bedeutung ist.
-
Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines einfachen Verfahrens
und einer nach Wunsch kontinuierlich oder unterbrochen arbeitenden Vorrichtung zur
Herstellung eines gleichmäßigen Schaumes von gewünschter Dichte, der genügend Körper
hat, damit er bei der Benutzung ununittelbar nach seiner Erzeugung oder bei der
Einverleibung in industrielle Erzeugnisse widerstandsfähig ist. Ein solcher Schaum
muß so beschaffen sein, daß die die einzelnen Luft. volumina umgebenden Dünnschichten
nicht leicht reißen oder verletzt werden. Seine Dichte muß den besonderen Anforderungen
bei der Verwendung angepaßt werden können und die einzelnen Schaumbläschen, aus
denen der gesamte Schaum besteht, müssen im wesentlichen gleich groß sein. Ferner
muß das Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung leines Schaumes, der den Anforderungen
für den besonderen Verwendungszweck entspricht, leicht regelbar sein. damit die
dem Schaum eigenen Eigenschaften durch Regelung der Arbeitsweise und der Vorrichtung
ohae Schwierigkeiten erhalten werden.
-
So ist es z. B. bei der Herstellung von mit Hohlräumen versehenen
Baustoffen, z. B Wandplatten oder Blöcken, wünschenswert, daß die hohle Struktur
des Körpers homogen ist. Die Größe der einzelnen Poren muß im wesentlichen stets
dieselbe sein, und die Poren müssen in der Masse gleichmäßig verteilt sein. Damit
diese Gleichmäßigkeit des; Materials erhalten wird, wenn man einen vorher hergestellten
Schaum zur Herstellung der Körper verwendet, muß der Schaum selbst homogen sein,
und seine Dichte muß dem gewünschten Endgewicht des fertigen Erzeugrisses angepaßt
werden.
-
Gemäß der Erfindung wird Luft in das untere Ende einer Wassersäule
eingeleitet, die ein blasenbildendes Mittel enthält und deren Höhe konstant gehalten
wird, um einen Schaum zu bilden, der sich über der Wasseroberfläche absetzt. Die
Luft dient ferner dazu, die einzelnen Schaumbläschen zu unterteilen. Die Erfindung
betrifft auch eine zur Ausübung des oben beschriebenen Verfahrens geeignete Vorrichtung,
deren wesentliche Einzelbestandteile eine Kammer, Agitatnren mit senkrechten, stromlinienförmigen
Armen, Antriebseinrichtung, eine perforierte Platte in der Immer und Einrichtungen
zur Zuführung von Luft unter diese perforierte Platte
und Einrichtungen
zur Zuführung von Wasser oberhalb dieser perforierten Platte sind.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß
der Erfindung in drei Abbildungen dargestellt.
-
Es zeigen: Abb. 1 einen senkrechten Längsschnitt, Abb. 2 eine Aufsicht
nach Abb. I und Abb. 3 eine Einzelheit, nämlich einen Teil der Rührvorrichtung in
Ansicht.
-
Der Tank oder die Kammer I besitzt eine perforierte Platte 2 über
dem boden und einen Austrittsstutzen 3 im oberen Teil. Die mit Ventil versehene
Leitung 4 dient zur Zuführung von die blasenbildende Substanz enthaltendem Wasser
von einem Vorratsbehälter her. Rohr 4 mündet in den Tank 1 direkt oberhalb der plerforilerten
Platte 2. Die Rohrleitung 5 mit Ventil 6 ist mit einer Luftquelle verbunden, aus
der unter regelbarem Druck stehende Luft geliefert wird, und mündet in den Teil
des Behälters I, der unterhalb der perforierten Platte 2 liiegt. Am unteren Ende
leiner Welle 7 sind leinie oder mehrere waagerechte Arme 10 befestigt, die senkrechte
Arme 1 1 tragen, und an einer die Welle 7 umgebenden Hohlwelle 8 sitzen eine oder
mehrere waagerechte Arme 9 ebenfalls mit nach unten gerichteten senkrechten Armen
12. Die beiden Wellen werden in umgekehrter Bewegungsrichtung angetrieben. z. B.
durch den dargestellten Zahnradantrieb 13. Die senkrechten Arme 11 und 12 können
wieder mit waagerechten Ansätzen 14, wie in Abb. 3 dargestellt, versehen sein.
-
Alle Teile der Rührvorrichtung besitzen Stromlinienform. Die einzelnen
Arme der Rührvorrichtung sind ihrer Bewegungsrichtung entsprechend an einem Ende
zugespitzt. wie aus Abb. 2 hervorgeht.
-
Die Arbeit der Vorrichtung ist folgende; Wasser, das einen schaumbildenden
Zusatz. wie z. B. Saponin, orgnaische Säuren, Aldehyde, Zucker o. dgl., in solchen
Mengen enthält, daß die gebildeten Schaumblasen die gewünschte Oberflächenspannung
besitzen, wird dem Tank 1 durch die Leitung 4 in solchen Mengen leingeführt, daß
eine bestimmte Höhe von Flüssigkeit über der Platte 2, z. B. 8 bis 12 cm, vorhanden
ist.
-
Gleichzeitig wird aus einer geeigneten Vorratsquelle laufend unter
im wesentlichen konstantem Druck Luft durch die Rohrleitung 5 zugeführt. Die Menge
der Luft wird durch das Ventil 6 geregelt. Durch die einzelnen Öffnungen der perforierten
Platte 2 hindurch tritt die bei 5 zugeführte Luft in feinen Strömen in das Wasser
über der Platte 2 ein. Dadurch werden Blasen gebildet, die an die Oberfläche des
Wassers gehen, wo sie sich als leichter Schaum ansammeln. Die Luftblasen sind verhältnismäßig
groß und im wesentlichen untereinander gleich groß.
-
Die Größe der gebildeten Luftblasen hängt von der Größe der Öffnungen
in der Platte 2 und von der Geschwindigkeit des Luftdurchganges durch diese Öffnungen
ab. Je geringer die Öffnungen für eine blestimmte Luftgeschwindigkeit sind, desto
ldeiner werden die gebildeten Schaumblasien. Ebenso werden bei geringerer Luftgeschwindigkeit
bei Öffnungen von gegebenem Durchmesser in der Platte 2 die einzelnen Blasen kleiner.
-
Wenn der auf diese Weise erzeugte Schaum auf der Wasseroberfläche
bis zu einer gewissen Höhe angesammelt ist, wirken die an den Stellen 7 und 8 angebrachten
Rührarme auf den Schaum ein. Die Größe der Schaumblasen wird dann verringert und
ein Schaum von gewanschter Dichte durch die wieder holte Rühr- und Schneidwirkung
der Arme 11, 12 und 14 gebildet. Beim weiteren Ansteigen des Schaumes wird derselbe
immer dichter, bis er über dem Rührwerk steht und schließlich durch den Stutzen
3 abgeleitet wird.
-
Die Verkleinerung der Schaumblasen ist direkt abhängig von der Stärke
der Rülir-oder Schneidwirkung der Arme, d. h. mit anderen Worten,- abhängig von
der Umdrehungsgeschwndigkeit der Arme und der Dauer ihrer Einwirkung auf den Schaum.
-
Mit wachsender Winkelgeschwindigkeit der Arme für eine biestinmtie
Zeit werden die entstehenden Schaumblasen immer kleiner und der gebildete Schaum
wird dichter.
-
Das Rührwerk ist über der Wasseroberfläche angeordnet, so daß das
Wasser einen gleichmäßigen Druck auf die aufsteigenden Luftblasen ausübt. Wenn die
Rührarme in das Wasser eintauchen würden, bestände die MögEchkeit, daß Hohltaschen
gebildet würden, so daß auf die entgegenströmende Luft in gewissen Zonen ein geringerer
Druck ausgeübt würde. Die auf diese Weise entweichende Luft würde dann auf den darüberliegenden
Schaum einwirken und die Größe der einzelnen Schaumblasen verändern. Es ist deshalb
erforderlich, daß nur der Schaum gerührt wird. Die Rührarme wirken deshalb auf den
ansteigenden Schaum nur in einer Zone ein, die ganz über der Oberfläche der Wassersäule
liegt.
-
Die beiden Rührarmsätze, die in entgegengesetzten Blewegungsrichtungen
arbeiten, verringern den Einfluß der Zentrifugalkraft, die sonst den Schaum nach
außen schleudern würde, so daß in der Nähe der Welle selbst eine geringere Tiefe
des Schaumes vorhanden wäre. In diesem Falle würde ein geringerer Druck nach unten
ausgeübt, wodurch die größeren Schaumblas;en durch den Schaum
selbst
in der Nähe der Wielle hindurch an die Oberfläche gehen würden, ohne daß ihre Größe
auf das erforderliche Maß herabgesetzt wäre. Diese Wirbelbildung muß vermieden werden,
wenn man einen gleichmäßigen dichten Schaum erhalten will.
-
Die Austrittsöffnung liegt mehrere Zoll über dem oberen Ende der
Rührarme, so daß eine Schaumschicht über dem aufsteigenden Schaum. und dem Rührwerk
liegt, die verhindert, daß Luft aus der Atmosphäre angesaugt wird, die zur Bildung
von unerwünscht großen Schaumblasen während des letzten Stadiums beim Rühren führen
würde.
-
Es ist einleuchtend, daß die Schaumblasen während des Rührens immer
kleiner werden und dadurch eine Verdichtung des Schaumes herbeiführen. Die über
dem Rührwerk liegende Schaumschicht dient deshalb nicht nur zur Verhinderung des
Lufteintritts aus der Atinosphäre, sondern der dichte Schaum übt gleichzeitig einen
stärkeren Druck auf die darunter befindlichen, ursprünglich größeren Schaumblasen
aus und erleichtert ihre durch das Rührwerk hervorgerufene Zerkleinerung.
-
Wie bereits oben ausgeführt wurde, er halten die Rührarme oder -ansätze
Stromlinienform, so daß bei ihrer Drehung keine Hohlräume im Schaum gebildet werden.
Dadurch wird die Erzeugung großer Schaumblasen, die durch die Rührwirkung nicht
weiter zerkleinert werden, verhindert. So würde z. B. ein Rührwerk. dessen Arme
rund oder viereckig sind, zur Bildung von Hohlräumen führen, in denen große Schaumblasen
nach oben steigen könnten, ohne daß sie zerkleinert worden wären.
-
Wie bereits oblen ausgeführt wurde, ist es erforderlich, daß die
perforierte Platte vollständig mit Wasser überschichtet ist, damit die durch die
kleinen Öffnungen der Platte hindurchtretende Luft stets vom Wasser aufgefangen
und zur Bildung einer Scbaumblase herangezogen wird. Die Wassersäule muß stets die
gleiche Höhe besitzen, damit der Schaum die erforderliche Gleichmäßigkeit erhält.
-
Für eine gegebene Tank- oder Zylindergröße wird die größte Ausbeute
dann erzielt, wenn die Durchbohrungen in der Platte 2 so klein und zahlreich wie
möglich sind.
-
Dann werdenibei einer bestimmten Luftgeschwindigkeit schon gleich
verhältnismäßig kleine Schaumblasen gebildet, so daß das Rührwerk selbst weniger
Arbleit zur Zerkleinerung der Blasen leisten muß.
-
Die Regelung der Schaumdichte erfolgt, wie aus den obigen Ausführungen
hzervorgeiht, in einfachster Weise durch Einstellung der Arbeitsweise und der Rührvorrichtung.