Verfahren und Einrichtung zum innigen Mischen von mehreren Bestandteilen und Auftragen der Mischung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum innigen Vermischen von verschiedenartigen Bestandteilen, von denen wenigstens einer strömungsfähig ist und die im gemischten Zustand rasch miteinander reagieren, und zum Auftragen der Mischung. Die Erfindung schafft ausserdem eine neue Einrichtung mit einer Misch- und Auftragevorrichtung, mit der die genannten Bestandteile in den richtigen Anteilen gemischt werden können und das Gemisch an der Verwendungsstelle aufgetragen werden kann.
Beispiele von aus mehreren Komponenten bestehenden Reaktionspartnern, die erfindungsgemäss gemischt und aufgebracht werden können, sind 1. ein Diisocyanat von hohem Molekulargewicht und Wasser, die rasch miteinander in Wechselwirkung treten; 2. ein flüssiges Polyalkylenpolysulfid-Polymer und ein Härtemittel dafür, beispielsweise in einem flüssigen Medium dispergiertes Bleisuperoxyd; 3. ein aushärtbares Epoxydmaterial, beispielsweise das monomere oder polymerisierte Reaktionsprodukt von Bis-phenol und Epichlorhydrin und ein Amin oder ein anderer Härter dafür; und 4. Butadien und Styrol in Anwesenheit eines geeigneten Polymerisationsinitiators, beispielsweise der bekannten, schnell initiierenden Redox-Systeme, zur Erzielung einer raschen und kontinuierlichen Polymerisation.
Bei vielen dieser chemisch sehr rasch reagierenden Materialien ist es erwünscht, die Materialien unmittelbar nach ihrem Vermischen und vorzugsweise in den ersten Stadien der chemischen Reaktion aufzutragen. Beispielsweise kann ein geeignetes Polymer, das aus Rizinusöl und Toluoldiisocyanat hergestellt wurde und das eine bestimmte Menge nicht umgesetztes Toluoldiisocyanat in Lösung enthält, mit einer gemessenen Menge einer Lösung von N-Methylmorpholin in Wasser gemischt und sofort an Ort und Stelle aufgetragen werden, so dass ein zellenförmiger Schaumstoff gebildet wird, der als wärmeisolierendes Material, schallschluckendes Material, als Bewehrung in Leichtkonstruktionen (beispielsweise in Teilen von Flugzeugkonstruktionen, wie den hinteren Rändern der Flügel oder des Leitwerks, dem Innern der Propellerflügel) oder in Bauteilen, beispielsweise in Plattenkörpern aus Aluminium usw.
verwendet werden kann.
Im allgemeinen war es bisher erwünscht, dass Gemische von aus mehreren Komponenten bestehenden Reaktionspartnern eine hohe Beständigkeit haben, damit sie leicht manipuliert und aufgetragen werden können, während sie anderseits nach dem Auftragen rasch aushärten sollen, damit der fertige Gegenstand bald manipuliert werden kann und auf diese Weise die Produktion in Fabriken usw. erleichtert wird. Diese Forderungen widerssprechen einander gewöhnlich hinsichtlich der Art der zu verwendenden Reaktionspartner. Wenn Materialien nach dem Auftragen rasch aushärten sollen, haben sie im allgemeinen eine geringe Auftragsbeständigkeit. Dagegen härten Materialien, die eine lange Auftragsbeständigkeit bzw. eine lange Topfzeit haben, nach dem Auftragen im allgemeinen nur langsam aus.
Wenn das Material aufgetragen ist, kann das Aushärten der Reaktionspartner manchmal durch Wärmezuführung beschleunigt werden, doch ist dies nicht immer angenehm oder auch nur möglich, besonders, wenn es sich um grosse Flächen oder um das Innere von kompliziert geformten Gebilden handelt, beispielsweise im Falle von Flugzeugen, oder in Fällen, in denen das Gebilde durch die Wärme verzogen oder beschädigt würde.
Es ist schon versucht worden, dieses Problem zu lösen. Ein Vorschlag sieht beispielsweise die Verwendung einer Spritzauftragevorrichtung vor, die von der De Vilbiss Company in Toledo, Ohio, USA, erzeugt wird und in der Flüssigkeiten getrennt durch zwei Austrittsöffnungen (die konzentrisch sein können) herausgedrückt und dann Luftstrahlen quer gegen diese Ströme gerichtet werden, um sie zu zerstäuben, etwas zu verwirbeln und dadurch zu vermischen, so dass diese in der freien Luft vermischten Materialien beim Erreichen der Fläche, auf die sie aufgetragen werden sollen, so weit vermischt sind, dass die Reaktion an der Stelle, an der die Materialien aufgetragen wurden, fortschreiten und vollständig durchgeführt werden kann.
Dies ist wahrscheinlich das beste bisher bekannte oder durchgeführte Verfahren zum Spritzauftragen von mehreren Reaktionspartnern auf eine Fläche, hat aber doch eine Anzahl von Nachteilen.
Ein Nachteil besteht dann, dass es schwierig ist, das Verhältnis zwischen einer realtiv leichtflüchtigen flüssigen Komponente und einer relativ nichtflüchtigen Komponente aufrechtzuerhalten, weil die flüch- tigere Komponente während des Auftragens teilweise verdampft. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Bedienung oder andere Personen gefährdet sind oder sich beschweren, wenn eine der Komponenten giftig ist, weil in einem gewissen Bereich um die Auftragsstelle herum starke Dämpfe vorhanden sind.
Weiters besteht der Nachteil, dass bei einem Reaktionsprodukt in Form eines Schaumstoffes die Zellen nicht einheitlich ausgebildet werden.
Ein anderes Mischverfahren, das bisher für mehrere Reaktionspartner verwendet wurde, basiert im allgemeinen auf demselben Prinzip wie die soeben beschriebene Vorrichtung von De Vilbiss, doch ist um die beiden Sprühkegel der Reaktionspartner herum eine Kammer vorgesehen, in welcher die Vermischung beginnt, und treffen die Luftströme allgemein quer zu den Sprühkegeln der Reaktionspartner auf der Aussenwand der Kammer auf, in welcher der Mischvorgang erfolgt. Die gemischten Reaktionspartner treten dann gewöhnlich in zerstäubter Form aus der Kammer aus. Die Einrichtung ist jedoch derart beschaffen, dass nach diesem Verfahren ein Spritzauftrag von einheitlichen Materialüberzügen oder -schichten an Ort und Stelle nicht möglich ist. Dieser Vorschlag hat natürlich viele der Nachteile und Einschränkungen des vorher beschriebenen Verfahrens.
Es hat zwar den Vorteil, dass der Mischvorgang in einem geschlossenen Raum durchgeführt wird, so dass die Bildung von Dämpfen und die Vergiftungsgefahr herabgesetzt wird, weist aber den Nachteil auf, dass es relativ schwierig ist, einheitliche, dünne Flüssigkeitsfilme auf relativ grosse Flächen aufzutragen.
Infolge der schweren und unhandlichen mechanischen Konstruktion der Vorrichtung kann diese nur schwer von einem Mann für einen Spritzauftrag verwendet werden.
Diese beiden bekannten Vorschläge haben im allgemeinen den Nachteil, dass in Fällen, in denen Katalysatoren erforderlich sind, beispielsweise als einer der Reaktionspartner, der Katalysator in einem stöchiometrischen Überschuss verwendet werden muss, weil er nur mit einem geringen Wirkungsgrad verwendet wird, so dass in dem aufgetragenen Film oder Überzug der Katalysator in zu grosser Menge vorhanden ist, was in bestimmten Fällen ein grosser Nachteil war und die Qualität des Überzuges oder Schaumstoffes beeinträchtigte, besonders wenn zur Erzielung eines ausgehärteten Reaktionsproduktes mit möglichst gleichwertigen Festigkeitseigenschaften eine stöchiometrische Menge eines flüchtigen Reak tionspartner,s erforderlich ist.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines einfachen Verfahrens und einer Einrichtung zum Vermischen und Auftragen mehrerer Reaktionspartner in den gewünschten Mengenverhältnissen, wobei die Nachteile und Mängel der bisher zu diesem Problem gemachten Vorschläge in hohen Masse vermieden werden sollen. Das erfindungsgemässe Verfahren und die Einrichtung dienen zum raschen und genauen Mischen und Auftragen von mehreren Reaktionspartnern. Zweckmässig werden die Reaktionspartner im wesentlichen in den stöchiometrischen Anteilen verwendet, in denen sie reagieren, bzw. in bevorzugten Anteilen. Der Auftrag kann kontinuierlich, aber auch intermittierend erfolgen, beispielsweise in relativ kurzen Intervallen.
Man erhält auf diese Weise ein Produkt von grösserer Einheitlichkeit, beispielsweise mit einem einheitlichen Zellengefüge usw., je nach der Art des gewünschten Produkts, oder ein Produkt mit besseren Festigkeitseigenschaften usw., wobei die Belästigung und Gefährdung der Bedienung oder anderer Anwesender durch Dämpfe bzw. Giftstoffe auf ein Minimum reduziert wird. Ferner wird selbst bei intermittierendem Betrieb der Materialverlust auf einem Minimum gehalten. Die Einrichtung kann fahrbar oder tragbar ausgebildet sein.
Ferner kann sie so ausgebildet sein, dass sie einfach angewendet und leicht gehandhabt werden kann.
Weiters bezweckt die Erfindung die Erzielung einer wirksamen Mischung von mehreren Komponenten in sehr kurzer Zeit, wobei in vielen Fällen eine wirksame Vermischung in weniger als einer Sekunde und in vielen Fällen in einem Bruchteil einer Minute, d. h. in relativ kurzer Zeit, erzielt werden kann, indem hohe Turbulenz und Scher- oder Quetschwirkungen miteinander kombiniert und Bedingungen angewendet werden, unter denen die Bestandteile zwangläufig verdrängt werden und nur kurze Zeit in der Mischvorrichtung verweilen. In vielen Fällen ist es erwünscht, die Reaktionspartner derart zu mischen und aus der Mischzone auszubringen, dass die Reaktion zwischen ihnen im wesentlichen vollständig nach dem Verlassen der Mischzone durchgeführt wird.
Dies wird durch die Einrichtung und das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht und ist sehr wichtig bei der Herstellung von Schaum stoffen oder Zellengefügen aus Reaktionspartnern.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung sind in der beiliegenden Zeichnung veran schaulicht und werden nachfolgend zusammen mit dem erfindungsgemässen Verfahren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 in einer Seitenansicht die Misch- und Auftragevorrichtung zusammen mit einer schematischen Darstellung einer dosierenden Zuführungseinrichtung, welche die Reaktionsbestandteile in den gewünschten Anteilen in die Mischkammer der Mischvorrichtung einführt,
Fig. 2 die Misch- und Auftragevorrichtung der Fig. 1 in einer Stirnansicht vom vorderen oder Laufende gesehen, mit dem angebrachten Gegendruckventil 0,
Fig. 3 die Vorrichtung in grösserem Massstab in einem Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1, wobei die Kappe 112 der klaren Darstellung halber um 900 verdreht ist,
Fig. 4 die Misch- und Auftragevorrichtung der Fig.
1 in grösserem Massstab in Ansicht, teilweise geschnitten, wobei die Kappe 112 ebenfalls um 900 verdreht ist und die Ventilanordnungen der Vorrichtung mdlr im Detail dargestellt sind,
Fig. 5 in noch grösserem Massstab in schematischer schaubildlicher Darstellung die Mischanordnung der Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 6 die Mischzone der Vorrichtung in grö sserem Massstab in Ansicht, teilweise nach der Linie 6-6 der Fig. 3 geschnitten,
Fig. 7 das mit einer regelbaren Einstellöffnung versehene Gegendruckventil 0 der Fig. 2 in grösserem Massstab in Ansicht, teilweise geschnitten, und
Fig. 8 in vergrössertem Massstab im Schnitt eine andere Ausführungsform des Mischteils einer Mischund Auftragevorrichtung.
Beispiel I
In Fig. 1 enthält der Behälter A einen Vorrat eines Vorpolymers von Toluoldiisocyanat und Rizinusöl, mit einem gemessenen Überschuss von nicht umgesetztem Toluoldiisocyanat. Dieses Vorpolymer wurde nach der am Ende dieses Beispiels gegebenen Anleitung hergestellt. Im allgemeinen besteht das Vorpolymer aus einer viskosen Flüssigkeit, die normalerweise eine Viskosität von 12 000-20 000 Centipoise bei 253 C hat. Der Behälter B enthält einen Vorrat eines weiteren Reaktionspartners in Form eines Treibmittels, in diesem Falle aus Wasser mit einem Gehalt von N-Methylmorpholin in einem Verhältnis von drei Gewichtsteilen Wasser zu einem Gewichtsteil N-Methylmorpholin.
Die Diisocyanatflüssigkeit aus dem Behälter A wird durch die mit einem geregelten Liefervolumen arbeitende Pumpe P mit hin und her gehendem Kolben über die Leitung L, die zum Dämpfen der Druckschwankungen an den stickstoffgefüllten Druckspeicher D und an den Druckmesser G angeschlossen ist, der nachstehend beschriebenen Misch- und Auftragevorrichtung zugeführt. Die Leitung R ist am einen Ende an den Behälter A und am anderen Ende an die Leitung L auf der Druckseite der Pumpe P angeschlossen und bildet eine Umgehungsleitung, die einen Rückfluss des Vorpolymers gestattet, wenn die Mischund Auftragevorrichtung vorübergehend ausser Betrieb ist. Zu einem nachstehend beschriebenen Zweck ist in der Leitung R ein Druckentlastungsventil V angeordnet.
Die wässerige Lösung des N-Methylmorpholins wird aus s dem Behälter B mittels der mit geregeltem Liefervolumen arbeitenden Pumpe P' mit hin und her gehendem Kolben über die Leitung H, die mit dem Druckmesser G'verbunden ist, an die Misch- und Auftragevorrichtung abgegeben. Die Leitung R', die den Behälter B mit einer auf der Druckseite der Pumpe P' gelegenen Stelle der Leitung L' verbindet und in der ein Druckentlastungsventil V' angeordnet ist, schafft eine Umgehungsleitung, die den Rückfluss der genannten Lösung gestattet, wenn die Mischund Auftragevorrichtung vorübergehend ausser Betrieb ist.
Infolge der in diesem dosierenden Zuführungssystem verwendeten Umgehungsleitungen ist es nicht notwendig, die Pumpen P und P' abzustellen, wenn die Misch- und Auftragevorrichtung vorübergehend ausser Betrieb ist, beispielsweise wenn die Bedienungsperson eine kurze Pause macht oder ihre Stellung verändert usw. Die Ventile V und V' sind so eingestellt, dass sie sich bei einem Druck öffnen, der knapp über dem Betriebsdruck liegt, der in der Leitung herrscht, wenn die Vorrichtung im Betrieb ist, d. h., wenn die Reaktionspartner über die Leitungen L und L' in die Misch- und Auftragevorrichtung strömen.
Wenn in den Leitungen L und L' keine Strömung herrscht, beispielsweise, wenn sich die Misch- und Auftragevorrichtung ausser Betrieb befindet, steigt der Druck in den Leitungen etwas, weil die Pumpen in Betrieb bleiben. Bei steigendem Druck in der Leitung öffnen sich jedoch die Ventile V und V'und werden die Umgehungsleitungen wirksam, so dass die Flüssigkeiten weiter durch die Pumpen P und P' strömen.
Die beiden Pumpen P und P' sind im Handel von der Milton Roy Company in Philadelphia, Pennsylvania, USA, erhältlich und sind über eine gemeinsame Welle gekuppelt, die über einen drehzahlregelbaren Antrieb (Motor und Getriebe) angetrieben wird, so dass das Drehzahlverhältnis zwischen beiden Pumpen stets konstant ist. Die Pumpen geben daher die Reaktionspartner stets in dem gewünschten Volumenverhältnis in die Leitungen L und L' ab.
In diesem Beispiel, sind die Pumpen so eingestellt, dass pro 100 Gewichtsteile des Materials aus dem Behälter A 41/4 Gewichtsteile des Materials aus ; dem Behälter B in die Mischkammer der Misch- und Auftragevorrichtung eingeführt werden (Volumenverhältnis 4,95 : 100).
Über lösbare Schnellkupplungen sind die Leitungen L und L' an die nachstehend beschriebene Misch- und Auftragevorrichtung angeschlossen. Die aus dem Behälter A über die Leitung L zugeführte Diisocyanatmasse von hohem Molekulargewicht und die aus dem Behälter B über die Leitung L' zuge- führte wässerige Morpholinlösung werden daher von der Dosier- und Pumpeinrichtung in die Mischund Auftragepistole abgegeben.
Die Auftragepistole besitzt im wesentlichen einen hinteren Laufteil 11, einen Pistolengnff 12, einen vorderen Laufteil 10 und das Kopfstück 13. Der hintere Laufteil 11 enthält einen Antrieb M (Fig. 3), der hier aus einem Druckluftmotor von 1/16 PS besteht.
Am unteren Ende des Griffes 12 ist eine Schnellkupplung C vorgesehen, an der eine biegsame Druckluftleitung angeschlossen ist, welche die Druckluft zum Antrieb des Druckluftmotors zuführt.
Auf beiden Seiten des vorderen Laufteils 10 sind Ventile vorgesehen, die nachstehend ausführlicher beschrieben werden und die Strömung der Diisocyanatmasse aus dem Behälter A und der wässerigen Morpholinlösung aus dem Behälter B in die Mischkammer der Vorrichtung regeln. Diese Ventile werden mittels des Drückers 14 betätigt. Auf diese Weise kann das Mischen der Reaktionspartner und der Auftrag des Gemisches mit der beschriebenen Vorrichtung von der Bedienungsperson nur durch die Betätigung des einzigen Drückers vollständig gesteuert werden. Der Auftragevorgang kann somit auf einfache Weise beliebig an- und abgestellt werden.
Gemäss Fig. 3 treibt der im hinteren Laufteil 11 befindliche Druckluftmotor M die Welle 15 und damit auch die fest mit ihr verbundene Welle 16 an, die ihrerseits das dargestellte Rollenlager antreibt.
Dieses Lager besitzt einen kegelstumpfförmigen Innenring 17, der auf der Welle 16 befestigt ist, und mehrere Kegelrollen 18, die um den Innenring 17 herum angeordnet sind und von dem Lagerkäfig 19, durch den sie teilweise vorstehen, in den richtigen Abständen voneinander drehbar gehalten werden (siehe auch Fig. 5 und 6). Der Käfig 19 ist von dem mit den Rollen 18 in Berührung stehenden Aussenring 20 des Kegelrollenlagers umgeben. Die Innenfläche dieses Ringes bildet einen kegelstumpfförmigen Hohlraum, in dem die Rollen 18 um ihre eigenen Achsen rotieren und planetenartig um den Innenring 17 umlaufen. Die Mischelemente 17, 18, 19 und 20 sind daher wie ein übliches Kegelrollenlager ausgebildet und zusammengebaut, wie es gewöhnlich für die Vorderradlager von Kraftfahrzeugen verwendet wird. Die Innenfläche des Innenringes 20 begrenzt die Mischkammer oder -zone der Vorrichtung.
Der Druckluftmotor kann die Antriebswellen 15 und 16 mit einer Drehzahl in der Grössenordnung von 500-10000 U./min treiben. Bei den in dem vorliegenden Beispiel zu mischenden Reaktionspartnern ist eine Drehzahl von etwa 3000-4000 U./min oder darüber zweckmässig.
Wenn der Drücker 14 der Mischpistole gedrückt wird, so dass die beiden Reaktionspartner (aus den Behältern A und B) in die Mischzone des vorderen Laufteils 10 eintreten können, wie vorstehend beschrieben und dargestellt wurde, wobei sich die Welle 16 und der Innenring 17 mit hoher Geschwindigkeit drehen, laufen die Kegelrollen 18 planetenartig um. Das heisst, die Rollen 18 laufen mit hoher Drehzahl um ihre eigene Achse und wandern innerhalb des Aussenringes 20 um die Achse des Innenringes 17, wie allgemein in Fig. 5 der Zeichnung dargestellt ist. Es ist zwar nicht mit Sicherheit bekannt, längs welcher Wege die zu vermischenden Materialien strömen, doch ist zur Erläuterung und ohne dass eine Einschränkung auf diese Theorie beabsichtigt ist, in Fig. 6 eine Andeutung der Strömungswege gegeben, auf denen die Materialien infolge der planetenartigen und Drehbewegung der Kegelrollen strömen.
Aus Fig. 5 ist ersichtlich, dass die Reaktionsmaterialien zwischen der Rolle 18 und dem Innenring 17 und zwischen den Rollen 18 und der Innenfläche des Aussenringes 20 einer beträchtlichen Turbulenz und einer Scher- und Quetschwirkung ausgesetzt werden und sich selbst annähernd längs einer Planetenbahn bewegen. Die in dieser Bahn befindlichen Materialien wandern jedoch gleichzeitig unter der Wirkung des zwangläufigen Druckes der Pumpen axial durch die Mischzone. Der beim Durchwandern der Mischzone von den Materialien in der Querrichtung zurückgelegte Weg ist im Vergleich zu der axialen Entfernung der Wanderung durch die Mischzone äusserst gross.
Die Materialien werden sehr rasch gemischt, wobei die Vermischung in erster Linie in der Querrichtung erfolgt, und werden von der Mischzone über die sich verjüngende Kammer 21 und die Kanäle 22 und 23 und dann durch die Austrittsöffnung 24 abgegeben, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.
Wenn eine Zerstäubung der gemischten Reaktionspartner beispielsweise mit Luft oder Gas erwünscht ist, kann diese Luft oder dieses Gas, wie nachstehend beschrieben, unter Druck in die Ringkammer 25 eingeleitet werden und wird mit hoher Geschwindigkeit durch die mit der Austrittsöffnung 24 konzentrische Ringöffnung 26 abgegeben. Gegebenenfalls kann die Luft auch durch die Kanäle 27 in den Flügelspitzen 28 im Winkel zu dem Strom der gemischten Reaktionspartner abgegeben werden, beispielsweise wenn es erwünscht ist, dass sich die gemischten Reaktionspartner fächerförmig oder in einer anderen besonderen Form ausbreiten. In vielen Fällen sind jedoch die Öffnungen 27 geschlossen oder entfallen sie ganz.
Die durch die Öffnung 24 austretenden und mittels der aus der Ringöffnung 26 austretenden Druckluft zerstäubten gemischten Reaktionspartner können an der gewünschten Stelle aufgetragen werden, beispielsweise zur Schaffung einer Isolierung in einer Stärke von 25-50 mm. Eine derartige Isolierung bildet ein leichtes Material von einheitlichem Zellengefüge, das an einer sauberen Metallfläche normalerweise anhaftet und verbleibt. Ein derartiges Material, das erfindungsgemäss gemischt und aufgetragen wurde, eignet sich zur Verarbeitung am Fliessband, weil es an Ort und Stelle geschäumt wird bei gewöhnlicher Zimmertemperatur innerhalb von wenigen Minuten, beispielsweise 5 Minuten, zu einer festen, zusammenhängenden Masse erstarrt und ininnerhalb weniger Stunden aushärtet.
Die ganze im unteren Teil der Fig. 1 gezeigte Pistole, ohne die Verbindungsleitungen L und L', hat eine Gesamtlänge von nicht mehr als etwa 20 cm und ein Gesamtgewicht von nur etwa 2 kg, wenn die die Mischkammer, das Rollenlager und die Spritzdüse bildenden Teile aus Stahl bestehen.
Das vorstehend beschriebene Mischverfahren und die beschriebene Mischvorrichtung haben weitere Vorteile; beispielsweise wird eine übermässige Bildung von Dämpfen vermieden und eine einheitliche Mischung und ein einheitliches Zellengefüge gewährleistet und gelangt das Material an Ort und Stelle, ehe die Reaktion zu weit vorgeschritten ist, usw.
Die Reaktionspartner des vorliegenden Beispiels können gemischt und aufgetragen werden, ohne dass Luft zum Zerstäuben verwendet wird. Dieses Verfahren ist in bestimmten Fällen erwünscht, beispielsweise wenn das Material in geschlossene Hohlräume oder Formen eingebracht wird. Die Dichte eines derartigen Produkts kann so gesteuert werden, dass sie annähernd so niedrig ist wie die des beim Sprühauftrag erhaltenen.
Einer der Behälter A und B oder beide können mit einem Doppelmantel versehen sein, in dem Dampf oder heisses Wasser umgewälzt werden kann, um die Temperatur des Inhalts in gewünschter Weise zu regeln. Im allgemeinen ist es erwünscht, das vorstehend beschriebene Diisocyanatgemisch auf einer erhöhten Temperatur zu halten, damit seine Viskosität genügend niedrig gehalten wird.
Bei in technischem Massstab durchgeführten Spritzarbeiten werden stündlich etwa 64-68 Liter der Reaktionspartner des Beispiels I mit der vorliegenden Vorrichtung gemischt und gespritzt. Die Kapazität der Vorrichtung ist jedoch tatsächlich viel höher. Eine spezielle Dosiervorrichtung für diese Anwendung weist als Pumpe P (für die Diisocyanatkomponente) eine mit geregeltem Liefervolumen arbeitende Pumpe mit hin und her gehendem Kolben auf, die eine Liefermenge von etwa 175 1 Wasser pro Stunde bei einem Druck von 56 atü hat, wobei Kugeln aus der Legierung Hasteloy C und Sitze aus rostfreiem Stahl verwendet werden.
Die Pumpe P' für die wässerige N-Methylmorpholinlösung ist ebenfalls eine in ihrem Liefervolumen geregelte Pumpe mit hin und her gehendem Kolben, die eine Liefermenge von 20,5 1 Wasser bei einem Druck von 506 atü hat und mit Kugeln aus der Legierung Hasteloy C und Sitzen aus s rostfreiem Stahl versehen ist. Der Antrieb besteht aus einem Elektromotor von 3/4 PS mit einem drehzahlregelbaren hydraulischen Getriebe.
Die beiden über eine gemeinsame Welle gekuppelten Pumpen und der Antrieb können im Handel als ein Aggregat von der Milton Roy Co. in Philadelphia, Pennsylvania, unter der Bezeichnung Quadruplex Pumpaggregat GMD 4-553-44/61SM bezogen werden. Die in den Umgehungsleitungen R und R' vorgesehenen Druckentlastungsventile V und V' sind so eingestellt, dass sie sich bei 17,5 atü ganz öffnen und für eine Durchflussmenge von 1380 1 Wasser pro Stunde eignen. Das in dem Behälter B befindliche Vorpolymer wird auf eine Temperatur von etwa 500 C erhitzt, so dass es eine Viskosität von etwa 500 Centipoise hat. Es wird ein stickstoffgefüllter Druckspeicher D von 165 cm3 verwendet.
Mit der soeben beschriebenen Vorrichtung erhält man bei Verarbeitung der in diesem Beispiel beschriebenen Reaktionspartner einen Schaumstoff mit einer Fertigdichte von nur etwa 0,03 g/cm3.
Die ganze Dosier- und Pumpeinrichtung, d. h. die Pumpen P und P', die Behälter A und B, die Umgehungsleitungen, der Speicher D und die Druckmesser G und G', können zweckmässig auf einem einzigen Gestell montiert sein, das auf Rädern verfahrbar ist. In diesem Fall erstrecken sich die Leitungen L und L' von einem stromabwärts von den Druckmessern G und G' gelegenen Punkt des Gestells zu ihrer Anschlussstelle an der Spritzpistole und sind biegsam ausgebildet, so dass sich die Bedienungsperson der Spritzpistole während des Spritzvorganges herumbewegen kann.
Zweckmässig ist einer der Schläuche L und L' oder sind beide doppelwandig, wenn sie normalerweise viskoses Material führen, damit um dieses herum heisses Wasser oder ein anderes Medium im Kreislauf geführt werden kann und eine übermässige Abkühlung des Reaktionspartners vor seinem Eintritt in die Mischkammer verhindert wird. Dies trifft besonders dann zu, wenn die Leitungen L und L' sehr lang sein müssen, damit die Bedienungsperson die Misch- und Auftragepistole über eine gewisse Strecke bewegen kann, ohne dass auch die Pumpe und Dosiereinrichtung bewegt werden muss.
Weitere ausführliche Beschreibung der Mischund Auftragepistole:
Es folgt nun eine ausführliche Beschreibung der Misch- und Auftragepistole. Gemäss Fig. 1 bis 4 ist der vordere Laufteil 10 hinten mit einer Vertiefung 30 ausgebildet. Der hintere Teil dieser Vertiefung ist mit einem Innengewinde versehen, so dass er mit dem hinteren Laufteil 11 verschraubt werden kann. Der Laufteil 10 ist an seinem vorderen Ende mit einem zylindrischen Fortsatz 31 versehen, der zusammen mit dem vorderen Ende des Laufteils 10 einen Hohlraum bildet, der die aus einem Rollenlager bestehende Mischanordnung enthält.
Der Laufteil 10 hat eine zentrale Bohrung, die mit einer Lagerhülse 32 ausgekleidet ist, in der die Welle 16 rotiert. Diese ist an ihrem hinteren Ende mit der Antriebswelle 15 verschraubt. Am vorderen Ende der Welle 16, die sich in den von dem Fortsatz 31 gebildeten Mischraum erstreckt, ist der kegelstumpfförmige Innenring 17 des Rollenlagers befestigt. Um den Innenring 17 herum sind die von dem Käfig 19 festgehaltenen Rollen 18 angeordnet.
Der Innenring 17, die Rollen 18 und der Käfig 19 befinden sich in der Mischkammer oder -zone der
Vorrichtung.
Etwas radial auswärts von dem Innenring 17 erstrecken sich die Eintrittsöffnungen 33 und 34 der Mischkammer (Fig. 3) von der hinteren Fläche der Mischkammer rückwärts in den Laufteil 10.
Diese Öffnungen sind annähernd einander entgegengesetzt auf beiden Seiten der Welle 16 angeordnet.
Die Öffnung 33, durch die, wie nachstehend dargelegt wird, der ein grösseres Volumen aufweisende Reaktionspartner, nämlich das Vorpolymer in die Mischkammer eintritt, ist etwas grösser als die Öffnung 34.
Auf beiden Seiten des Laufteiles 10 sind Längsrippen 35 und 36 vorgesehen, die in ihrer Längsrichtung je eine von ihrem hinteren Ende ausgehende Bohrung bzw. Kammer 37 und 38 aufweisen. Diese Kammern erstrecken sich jedoch nicht ganz bis zum vorderen Ende der Rippen 35 und 36. Die Kammern 37 und 38 sind über Querkanäle 39 und 40 mit den Öffnungen 33 und 34 verbunden. Diese Kanäle können zweckmässig dadurch gebildet werden, dass die Seitenwände der Rippen 35 und 36 und der Laufteil 10 an den vorderen Enden der Kammern 37 und 38 quer durchbohrt werden, bis die hinteren Enden der Öffnungen 33 und 34 erreicht sind. Dann können die Seitenwände der Rippen ausserhalb der Kammern 37 und 38 mit den strichliert angedeuteten Stöpseln 41 und 42 verschlossen werden.
Die Rippen 35 und 36 sind ferner von unten an Stellen durchbohrt, die im Abstand hinter der Vereinigungsstelle der Kammern 37 und 38 mit den Kanälen 39 und 40 liegen. Auf diese Weise erhält man Eintrittsöffnungen 43 und 44 zu den Kammern 37 und 38. Diese Eintrittsöffnungen sind mit einem Innengewinde für die Verschraubungen 45 und 46 versehen, an denen die Schäuche 47 und 48 angeschlossen sind, die auf diese Weise mit den Eintrittsöffnungen 43 und 44, den Kammern 37 und 38, den Kanälen 39 und 40 und schliesslich mit den Eintrittsöffnungen 33 und 34 der Mischkammer in Verbindung stehen. Die Schläuche 47 und 48 sind an ihren unteren Enden mit Schnellkupplungen 49 und 50 versehen. Ferner werden diese Schläuche an ihren unteren Enden von der Tragplatte 51 getragen, deren hinteres Ende an dem Griff 12 befestigt ist.
Wenn die Mischpistole mit der dosierenden Zuführungseinrichtung verbunden ist, steht die Leitung L über die Kupplung 49 mit dem Schlauch 47 und steht die Leitung L' über die Kupplung 50 mit dem Schlauch 48 in Verbindung, sofern nicht wie in dem vorliegenden Beispiel zu einem später zu beschreibenden Zweck das eine regelbare Öffnung aufweisende Gegendruckventil O (Fig. 2) verwendet wird. In diesem Fall ist das Ventil O an die Kupplung 50 und die Leitung L' angeschlossen.
An dem vorderen Ende der Kammer 37 und 38 s Spindel 66 ist zwischen dem Körper 67 und der Hinterseite des Ventilkörpers 69 von einer Schraubenfeder 70 umgeben, die den Ventllkörper und mit ihm die Spindel 66 vorwärts in die Schliessstellung zu bewegen trachtet und den Körper 67 in seiner Lage festhält. Hinter der normalen Sitzstellung des Ventilkörpers 69 ist die Rippe 64 mit einer ihre Unterseite durchsetzenden Gewindebohrung versehen, die in die Kammer 65 führt, und in die die Verschraubung 71 eingeschraubt werden kann, über die der Schlauch 72 an die Kammer 65 angeschlossen ist. Der Schlauch 72 erstreckt sich ähnlich wie die Schläuche 47 und 48 abwärts und ist an seinem von der Tragplatte 51 getragenen unteren Ende mit einer Schnellkupplung 73 versehen, an die eine Druckluftleitung angeschlossen werden kann.
Der hintere Laufteil 11 ist mit dem vorderen Laufteil 10 über einen vorwärtsgerichteten gewindetragenden Teil verbunden, der mit dem Innengewinde der Vertiefung des Laufteils 10 verschraubt ist. Auf beiden Seiten ist der hintere Laufteil 11 mit Längsrippen 80 und 81 versehen. Diese Rippen sind im Abstand von den vorstehend erwähnten Rippen 35 und 36 des vorderen Laufteils und mit ihnen fluchtend angeordnet, wenn die Laufteile 11 und 10 zusammengebaut sind. Die Rippen 80 und 81 sind in ihrer ganzen Länge mit je einer Gewindebohrung versehen, in die eine langgestreckte Gewindehülse 82 bzw. 83 eingeschraubt werden kann, die zum leichteren Ein- und Ausschrauben mit einem gerändelten Kopfflansch versehen ist.
Die Gewindeschäfte dieser Hülse sind hohl und bilden Kammern 84 und 85, die bei eingeschraubten Hülsen mit den Kammern 37 bzw. 38 fluchten und in denen an den hinteren Enden der Kammern anliegende Schraubenfedern 86 bzw. 87 angeordnet sind.
Die hinteren Enden der Spindeln 56 und 57 erstrecken sich in die Kammern 84 bzw. 85 und sind mit Flanschen 88 bzw. 89 versehen, die Widerlager für die Federn 86 bzw. 87 bilden. Die Spindeln 56 und 57 haben eine solche Länge, dass die Federn 86 und 87 die Ventilkörper 58 bzw. 59 normalerweise in die Schliessstellung bewegen, in der sie an den Ventilsitzen 52 bzw. 53 anliegen. Die Druckkraft der Federn, welche die Ventile zu schliessen trachtet, kann natürlich durch das Mass des Einschraubens der Hülsen 82 und 83 in die Rippen 80 bzw. 81 bestimmt werden.
Der hintere Laufteil 11 ist ferner mit einer Querrippe 90 (Fig. 2) versehen, deren seitliche Endflächen rechtwinklig abgeschnitten sind. Ein gegabeltes Joch 91, das den hinteren Laufteil an der Unterseite umgibt, ist an den oberen Enden seiner Schenkel 92 und 93 mittels Schrauben 94 gelenkig mit den Seitenflächen der Querrippe 91 verbunden. Von dem Joch 91 erstreckt sich der Drücker 14 abwärts.
Tatsächlich bestehen das Joch 91 und der Abzug 14 aus einem einzigen Gussstück, das als Drückerkörper bezeichnet werden kann. Der Drücker 14 und das Gabeljoch 91 werden daher bei der Vor- oder Rückwärtsbewegung des Drückers über einen begrenzten Bogen um die Bolzen 94 verschwenkt.
Der Drücker 14 und das Joch 91 wirken mechanisch wie folgt mit den Spindeln 56, 57 und 66 (und den diesen Spindeln zugeordneten Rückstellfederanordnungen) zusammen, um die Betätigung der Ventilkörper 58, 59 und 69 zu steuern. Die Schenkel 92 und 93 des Jochs 91 sind mit Längsausnehmungen 95 und 96 versehen, durch welche sich die Spindeln 56 und 57 beweglich erstrecken (siehe Fig. 3 und 4). Diese Schenkel haben ferner an ihrer Rückseite mit den Ausnehmungen 95 und 96 konzentrische Vertiefungen, welche Sitze für ringförmige Zugscheiben 97 und 98 bilden, welche verschiebbar auf den Spindeln 56 und 57 gelagert sind. Diese Zugscheiben sind mit nicht gezeigten Stellschrauben oder dergleichen versehen, damit sie in der gewünschten Stellung auf der betreffenden Spindel festgestellt werden können.
Ferner ist der Drücker 14 im Bereich seiner Verbindungsstelle mit dem Joch 91 mit einer Öffnung 99 versehen, durch welche sich die Spindel 66 beweglich erstreckt. Der Drücker ist an seiner Rückseite mit einer Vertiefung versehen, die mit der Ausnehmung 99 konzentrisch ist und einen Sitz für eine ringförmige Zugscheibe 100 bildet. Diese ist verschiebbar auf der Spindel 66 gelagert, aber wie die Zugscheiben 97 und 98, mit einer Stellschraube oder einer anderen Einrichtung zum Feststellen der Scheibe in der gewünschten Stellung auf der Welle versehen.
Die Zugscheiben 97, 98 und 100 werden auf den Spindeln 56, 57 und 66 derart festgestellt, dass sie etwas hinter dem Joch 91 und dem Drücker 14 angeordnet sind, wenn sich dieser in seiner vorderen, nicht gedrückten Stellung befindet, in der die Ventil körper 56, 57 und 69 in der Schliessstellung sind, d. h. an ihren Ventilsitzen anliegen.
Zum Öffnen der Ventile wird der Drücker 14 nach hinten gedrückt oder gezogen, so dass die Zugscheiben 97, 98 und 100 an den für sie vorgesehenen Sitzen in dem Joch 91 und dem Drücker 14 zur Anlage kommen. Wenn der Drücker dann weiter rückwärts gedrückt wird, bewegen sich die Zugscheiben 97, 98 und 100 und mit ihnen die Spindeln 56, 57 und 66 und die Ventilkörper 58, 59 und 60 gegen die Wirkung der Rückstellfedern 86, 87 und 70 rückwärts, so dass sich die genannten Ventilkörper von ihren Sitzen abheben. Zum Schliessen der Ventile wird der Drücker 14 losgelassen, so dass die Rück stellfedern 86, 87 und 70 die Ventilkörper in die Schliessstellung gegen ihren Sitz drücken. Gleichzeitig wandern die Zugscheiben 97, 98 und 100 vorwärts und bewegen das Joch 91 und den Drücker
14 in die vordere Stellung.
Wenn es aus einem noch zu erläuternden Grunde erwünscht ist, können die Zugscheiben 97, 98 und 100 auf den Spindeln so angeordnet werden, dass beim Zurückziehen des Drückers das Joch und der Drücker an den einzelnen Zugscheiben zu verschiedenen Zeiten angreifen. In diesem Fall öffnen sich die Ventile in der Reihenfolge des Angriffs an den Zugscheiben. Nach dem Loslassen des Drückers erfolgt das Schliessen der Ventile in der umgekehrten Reihenfolge wie das Öffnen.
An seinem unteren Ende weist der Drücker 14 einen vorwärtsgerichteten Ansatz 101 auf, der verhindern soll, dass die Finger der Bedienungsperson unabsichtlich von dem Ende des Drückers abrutsuchen. Ein zweiter Ansatz 102, der sich von dem Griff 12 nach vorn erstreckt und der sich bei völlig nach hinten gedrücktem Drücker 14 knapp unterhalb des Ansatzes 101 befindet, soll verhindern, dass die den Griff 12 umfassenden Finger der die Vorrichtung haltenden Bedienungsperson an dem Griff aufwärtsrutschen und zwischen dem Griff und dem Drücker 14 festgeklemmt werden.
Damit die Pistole bei Nichtgebrauch in einfacher Weise beispielsweise an dem Gestell der Dosiereinrichtung aufgehängt oder befestigt werden kann, ist die Pistole beispielsweise mit einem Haken 103 versehen, der sich vom hinteren Laufteil 11 aufwärts erstreckt.
Am vorderen Ende des Laufteils 10 ist das Kopfstück 13 befestigt, das ein Übergangsstück 110, eine Düse 111 und eine Luftkappe 112 aufweist. Das Übergangs stück 110 ist mit einem rückwärtsgerichteten zylindrischen Fortsatz 113 versehen, dessen Aussendurchmesser nur weniger kleiner ist als der Innendurchmesser des Fortsatzes 31 des Laufteils 10, so dass der Fortsatz 113 im Gleitsitz in dem Fortsatz 31 angeordnet werden kann. In dem durch den Fortsatz 110 gebildeten Hohlraum ist beispielsweise im Presssitz der Aussenring 20 der Mischanordnung angeordnet, in dem in der Mischkammer die Rollen 18, der Käfig 19 und der Innenring 17 rotieren bzw. umlaufen. Der vordere Laufteil 10 und das Übergangsstück 110 werden bei an Ort und Stelle befindlichem Aussenring 20 derart zusammengebaut, dass die Stirnflächen des Aussenringes wie dargestellt an dem Übergangsstück 110 und dem Laufteil 10 anliegen.
Zwischen dem Fortsatz 113 und der vorderen Stirnfläche des Laufteils 10 ist der Aussenring von einem O-Ring 114 umgeben.
Die hintere Fläche des Übergangsstückes 110 ist mit einer konischen Vertiefung versehen, welche eine Verdichtungskammer 21 bildet. Das t : Übergangsstück 110 hat ferner einen zentralen Kanal 22 und an seiner Vorderseite eine Gewindefassung, in welche ein mit einem Gegengewinde versehener Teil der Düse 111 eingeschraubt ist. Diese Düse hat einen zentralen Kanal 23, der denselben Durchmesser hat wie der Kanal 22 und vorn in der Austrittsöffnung 24 endet.
Gemäss Fig. 4 ist das Übergangsstück 110 an seiner Unterseite mit einer Rippe 115 versehen, die sich rückwärts über das Übergangsstück hinaus bis zur Anlage an dem vorderen Ende der Rippe 64 erstreckt, wenn das Übergangsstück 110 und der Laufteil 10 zusammengebaut sind. Die Rippe 115 ist in ihrer ganzen Länge von einem Kanal 116 durchsetzt, der im Durchmesser etwas grösser ist als die Kammer 65. In dem Übergangsstück ist ein rechtwinkliger Kanal 117 vorgesehen, der sich wie dargestellt von dem Kanal 116 aufwärts durch die Rippe 115 in das Übergangsstück 110 und dann vorwärts in die Ringkammer 25 erstreckt, die teilweise durch den mit einem Aussengewinde versehenen vorwärtsgerichteten Fortsatz 118 des Obergangsstückes 110 begrenzt wird (Fig. 3).
Das Übergangsstück 110 wird in montiertem Zustand von dem Hohlbolzen 119 lösbar in dem vorderen Laufteil 10 gehalten, der sich rückwärts in den Kanal 116 der Rippe 115 erstreckt. Das hintere Ende 120 des Bolzens 119 ist mit einem Gewinde versehen und erstreckt sich in eine mit einem Gegengewinde versehene Fassung, die am vorderen Teil der Kammer 65 in der Rippe 64 ausgebildet ist. Der Schaft des Bolzens 119 bildet einen Hohlraum 121, an dessen hinterem Ende der konische Ventilsitz 122 angeordnet ist, der mit dem Ventilkörper 69 zusammenwirkt. Zur Mitte des Schaftes des Bolzens 119 ist dieser aussen abgesetzt; dieser abgesetzte Teil bildet mit der Wand des Kanals 116 eine Ringkammer 123. Öffnungen 124 in dem abgesetzten Teil des Schaftes verbinden den Hohlraum 121 mit der Kammer 123.
Vor dem die Kammer 123 begrenzenden Teil des Bolzens 119 ist dessen Schaft mit einer Ringnut versehen, in der ein O-Ring 125 angeordnet ist. Hinter dem abgesetzten Teil ist der Schaft mit einer ähnlichen Nut versehen, in der ein weiterer O-Ring 126 angeordnet ist.
Die Düse 111 ist von der mit ihr konzentrischen ringförmigen, etwas konischen Luftkappe 112 umgeben, die an dem Übergangsstück 110 mit Hilfe eines mit einem Innengewinde versehenen, gerändelten Ringes 130 befestigt ist, der diese Kappe umgibt und auf den Gewindefortsatz 118 des Über- gangsstückes 110 aufgeschraubt wird. Am vorderen Ende der Luftkappe 112 sind zwei einander diametral entgegengesetzte Flügelspitzen 28 vorgesehen, die von Kanälen 27 durchsetzt sind, welche mit der Ringkammer 25 in Verbindung stehen, die durch die Innenwandung der Luftkappe 112 und die äussere Umfangswand der Düse 111 begrenzt wird. Diese Kanäle 27 enden an der Vorderfläche der Flügelspitzen 28 und erstrecken sich im Winkel zur Achse der Anordnung.
Aus der vorstehenden Beschreibung der Mischund Auftragevorrichtung ist ersichtlich, dass es zum Austausch des als Mischer verwendeten Rollenlagers nur notwendig ist, den Bolzen 119 herauszuschrau heu, das Übergangsstück 110 von dem vorderen Laufteil 10 zu trennen und dann den Innenring und mit ihm den Käfig 19 und die Rollen 18 von der Welle 16 abzunehmen. Zur weiteren Demontage wird durch Abnahme des Ringes 130 die Luftkappe 112 von dem Übergangsstück 110 abgenommen.
Der vordere Laufteil 10 kann von dem hinteren Laufteil 11 abgeschraubt werden, nachdem die Ven tilkörper und Spindeln 56 und 57 abgenommen wurden. Zu diesem Zweck werden die Zugscheiben 97 und 98 gelockert und die Hülsen 82 und 83 und 54 und 55 herausgenommen. (Erforderlichenfalls kann der grössere Ventilkörper 58 von der Spindel 56, mit der er verschraubt ist, abgenommen werden.) Der Wiederzusammenbau erfolgt natürlich in der umgekehrten Reihenfolge wie der Zusammenbau.
Im Betrieb dieser Misch- und Auftragepistole strömen die Reaktionspartner aus dem Schlauch 47 (und der Leitung L) und dem Schlauch 48 (und der Leitung L') in die Pistole. Zum Antrieb des Druckluftmotors M ist an den Anschluss C ein Schlauch angeschlossen, der von einer Druckluftquelle kommt.
Sobald dieser Anschluss erfolgt ist, beginnt dieser Motor zu laufen. Das heisst, dass der Motor M unabhängig von der Betätigung des Drückers 14 arbeitet. Wenn eine Zer,stäubung der gemischten Reak tionspartner erwünscht ist, wie beim Schaumspritzen nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, strömt Druckluft aus dem Schlauch 72 (und einer an die Verschraubung 71 an diesen angeschlossenen Zuführungsleitung) in die Pistole. Wenn es erwünscht ist, die Reaktionspartner mit der Misch- und Auftragevorrichtung zu mischen und an Ort und Stelle aufzutragen, wird der Drücker 14 gedrückt oder gezogen, so dass die Ventile 58, 59 und (bei Verwendung von Zerstäubungsluft) 69 geöffnet werden.
Das durch den Schlauch 47 in die Pistole eintretende Material gelangt über die Eintrittsöffnung 43, die Kammer 37, den Ringraum zwischen dem abgehobenen Ventilkörper 58 und seinem Sitz 52, den Kanal 39 und schliesslich die Eintrittsöffnung 33 in die Mischkammer. Das über den Schlauch 48 der Pistole zugeführte Material tritt durch die Eintritts öffnung 44, die Kammer 38, den Ringraum zwischen dem abgehobenen Ventilkörper 59 und seinem Sitz 53, den Kanal 40 und schliesslich die Eintrittsöffnung 34 in die Mischkammer ein. Der Pistole über den Schlauch 72 zugeführte Druckluft tritt über die Verschraubung 71, die Kammer 65, den Ringraum zwischen dem abgehobenen Ventilkörper 69 und seinem Sitz 122, den Hohlraum 121, die Öffnungen 124 und die Kammer 123, den Kanal 117, den Ringraum 25, die Austrittsöffnung 24 und gegebenenfalls die Kanäle 27.
Wie bereits erwähnt, können die Zugscheiben 97, 98 und 100 aus ihren Spindeln so eingestellt werden, dass das Joch 91 und der Drücker 14 an den Zugscheiben gleichzeitig angreifen, so dass die Ventile beim Ziehen des Drückers gleichzeitig geöffnet wer len. Die Zugscheiben können aber auch so angeordnet werden, dass das Joch 91 und der Drücker 14 an den Zugscheiben nacheinander in jeder gewünschten Reihenfolge angreifen, so dass sich die Ventile in der gewünschten Reihenfolge öffnen. Die Zugscheibe, an welcher der Drücker 14 beim Ziehen desselben zuerst angreift, wird natürlich bei Loslassen des Drückers als letzte freigegeben. Dementsprechend wird die als zweite betätigte Zugscheibe als zweite und die als letzte betätigte Zugscheibe als erste freigegeben. Beim Loslassen des Drückers erfolgt daher das Schliessen der Ventile in der umgekehrten Reihenfolge wie das Öffnen.
Beim Spritzen von Treibmitteln wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die den Ventilkörper 69 für das Luftventil steuernde Zugscheibe 100 vorzugsweise so eingestellt, dass dieser Ventilkörper 69 vor den Ventilkörpern 58 und 59, welche die Zufuhr der Reaktionspartner steuern, abgehoben wird. Der Ventilkörper 59 schliesst daher das Luftventil bei Loslassen des Drückers 14 nach dem Schliessen der durch die Ventilkörper 58 und 59 gesteuerten Ventile. Wenn der Spritzvorgang nur kurze Zeit, beispielsweise etwas weniger als eine Minute bis mehrere Minuten, unterbrochen werden soll, wird der Drücker so weit freigegeben, dass die Ventile der Ventilkörper 58 und 59 geschlossen werden, aber nicht so weit, dass das Luftventil mit dem Ventil körper 69 geschlossen wird.
Es erfolgt dann eine automatische Reinigung der Vorrichtung durch zwei gleichzeitig durchgeführte Vorgänge: Erstens bewirkt das als Mischer verwendete und stromabwärts, d. h. zu der Austrittsöffnung 24 hin konvergierende Rollenlager, da der Motor M unabhängig von dem Drücker 14 weiterläuft, dass die Reaktionspartner aus der Mischkammer herausgedrückt werden. Zweitens saugt die aus der Öffnung 26 strömende Druckluft Gemischreste aus der Kammer 21 und den Kanälen 22 und 23 an und drückt sie aus der Öffnung 24 heraus. Der Spritzvorgang wird daher fortgesetzt, bis die Vorrichtung im wesentlichen leer ist.
Vor Wiederaufnahme des Spritzvorganges kann es dann wünschenswert sein, das zuerst abgegebene Gemisch in einen Abfallbehälter abzugeben, weil dieses Gemisch stets einige Gemischreste enthält, die inzwischen bereits erstarrt sind und deren Auftrag auf dem zu spritzenden oder zu überziehenden Gegenstand unerwünscht sein kann.
Ferner ist es erwünscht, dass die das Katalysatorventil mit dem Ventilkörper 59 steuernde Zugscheibe so eingestellt ist, dass das Ventil mit dem Ventilkörper 59 vor dem Ventil mit dem Ventilkörper 58 geöffnet und nach ihm geschlossen wird. Daher kann die Vorrichtung mit Lösungsmittel gereinigt und durchgespült werden, wenn ein Spritzvorgang vollständig durchgeführt worden ist und die Pistole einige Zeit, beispielsweise einige Stunden lang, nicht verwendet werden soll, oder wenn es erwünscht ist, andere Reaktionspartner mit dieser Vorrichtung zu mischen und aufzutragen. Es werden die Leitung L', durch welche der Katalysator tritt, und das Ventil O von der Verschraubung 46 abgenommen und durch eine Leitung ersetzt, die von einem geeigneten, unter Druck stehenden Vorrat eines Lösungsmittels für die frischen, noch nicht erstarrten und nicht erhärteten Gemische herführt.
In dem vorliegenden Beispiel kann dieses Lösungsmittel beispielsweise aus n-Butylalkohol bestehen. Der Drücker wird dann gerade so weit gedrückt, dass der Ventilkörper 59 abgehoben wird, aber nicht bis zum Abheben des Ventilkörpers 58, und die Vorrichtung wird während des Reinigens und Durchspülens so gehalten, dass das Lösungsmittel in einen Abfallbehälter gespritzt wird.
Bei Wiederaufnahme des ;Misch- und Auftragevorganges werden zunächst alle vorher abgenommenen Zuführungsleitungen wieder angeschlossen. Eine kleine Menge des Gemisches soll dann zunächst in einen Abfallbehälter abgegeben werden, weil diesem Material Lösungsmittelreste und möglicherweise auch Reste von früher in der Vorrichtung befindlichen Reaktionspartnern beigemischt sind.
Wenn die vorliegende Misch- und Auftragepistole für ununterbrochenen oder lang andauernden Betrieb verwendet werden soll, beispielsweise für den in dem Beispiel III beschriebenen Vorgang, kann es erwünscht sein, den Griff 12 oder den Drücker 14 mit einer Verriegelung zu versehen, damit der Drücker in der gedrückten bzw. zurückgezogenen Stellung verriegelt werden kann und die Bedienungsperson den Drücker nicht mit der Hand in der Rückzugsstellung zu halten braucht.
Wenn der Drücker 14 der Pistole gedrückt ist und die Ventile, welche die Zufuhr der Reaktionsmedien in die Mischkammer steuern, geöffnet sind, erfolgt in den die Reaktionskomponenten enthaltenden Leitungen oder Schläuchen sehr plötzlich ein sehr rascher Druckabfall. Dies ist besonders dann wichtig, wenn das Volumenverhältnis zwischen den zu mischenden Komponenten sehr hoch ist, wie im Beispiel I. Da die Pumpen mit einer gemeinsamen Antriebswelle verbunden sind, dauert es länger, bis die Pumpe P', welche die Komponente mit dem kleineren Volumen pumpt, den Druck in ihrer Leitung wieder auf einen für den Betrieb erforderlichen Gleichgewichts druck bringt, als dies bei der Pumpe P der Fall ist. Dadurch können bei intermittierendem Betrieb Komplikationen entstehen. Die Drücke der Reaktionspartner müssen beim Eintritt derselben in die Mischkammer der Vorrichtung annähernd gleich sein.
Wenn dies nicht der Fall ist, füllt das unter einem höheren Druck stehende Reaktionsmedium die Kammer aus und übt einen Gegendruck auf den anderen Reaktionspartner aus, der diesen Gegendruck infolge seines geringeren Druckes nicht überwinden kann. Es werden daher die Reaktionspartner nicht in dem richtigen Verhältnis gemischt, wenn überhaupt eine Mischung erfolgt. Wenn nicht für eine Abhilfe gesorgt wird, tritt dieser Fall gerade in einem Zeitpunkt ein, in dem ein beträchtlicher Unterschied zwischen den Volumen der zu mischenden Komponenten besteht. Wie vorstehend erläutert, ist dies darauf zurückzuführen, dass der Wiederanstieg des Druckes bei der Komponente mit kleineren Volumen länger dauert. Ausserdem kann der Druckanstieg mehrere Minuten dauern.
Bei in der Praxis vorkommenden intermittierend durchgeführten Mischund Auftragearbeiten kann man natürlich nicht so lange darauf warten, dass der Druck auf einen Wert angestiegen ist, der wieder ein Mischen der Reaktionspartner in dem richtigen Verhältnis gestattet.
Diese Schwierigkeit ist nun auch bei Arbeiten überwunden worden, in denen das Volumenverhältnis zwischen den Komponenten sehr gross ist, und zwar durch Verwendung eines Einweg-Gegendruckventils O mit veränderlicher Öffnung, das in der Leitung angeordnet ist, die den Reaktionspartner mit dem kleineren Volumen führt. Gemäss Fig. 7 besitzt das Gegendruckventil 0 mit veränderlicher Öffnung ein Gehäuse 135 mit gabelförmig angeordneten Endteilen 136 und 137. Von dem stromabwärts gelegenen unverzweigten Ende 139 des Ventils erstreckt sich eine zylindrische Kammer 138 über die ganze Länge des Gehäuses 135, aber nicht ganz durch den entgegengesetzten Endteil 136.
In der Nähe des Endteils 139 ist das Gehäuse 135 mit einem Innengewinde zur Aufnahme des Haltestöpsels 140 versehen, der an seinem Aussenende eine Gewindefassung 141 für das gewindetragende Ende der nur in Fig. 2 gezeigten Kupplungsmuffe 142 aufweist, mit welcher die Verschraubung 50 verschraubt ist.
Durch den Stöpsel 140 erstreckt sich ein Austrittskanal 143, der die Fassung 141 mit der Kammer 138 verbindet.
Der Endteil 136 ist mit einer Gewindebohrung für die Einstellschraube 144 versehen, welche die Stellung des allgemein hantelförmigen Ventilsitzkörpers 145 bestimmt. Dieser Körper ist an beiden Enden mit je einem O-Ring 146 versehen, um einen Durchtritt von strömungsfähigen Medien zwischen den Enden des Körpers 145 und der Wandung der Kammer 138 zu verhindern. An der Aussenseite des Sitzkörpers 145 ist daher zwischen dessen Enden und der Wandung der Kammer 138 eine Ringkammer 147 vorhanden.
In dem Ventilsitzkörper 145 ist ein Hohlraum 148 ausgebildet, der an seinem dem Endteil 139 zugekehrten offenen Ende in einem abgeschrägten Rand endet, der den Ventilsitz 149 bildet. Der mittlere Teil des Ventilsitzkörpers 145 ist wie dargestellt mit Öffnungen 150 versehen, welche die Ringkammer 147 mit dem Hohlraum 148 verbinden.
Eine Schraubendruckfeder 153 drückt einen Ventilkörper 151, dessen konisches Ende 152 mit dem Sitz 149 unter Bildung einer veränderlichen Öffnung zusammenwirken kann, gegen diesen Sitz 149. Die Feder 153 wird zwischen der Innenseite des Stöpsels 140 und den sich seitlich erstreckenden, symmetrisch im Abstand voneinander angeordneten Abstandhalteund Führungsorgane 154 zusammengedrückt gehalten, von denen zwei gezeigt sind und die auch dazu dienen, den Ventilkörper 151 in der Kammer 138 mit dem Ventilsitz 149 fluchtend zu halten.
Der seitlich abgezweigte Endteil 137 des Gehäuses 135 dient als Eintrittsstutzen und ist mit einer Fassung 155 für eine nicht gezeigte Verschraubung versehen, an der die Leitung L' (Fig. 2) angebracht ist. Die Fassung 155 ist über eine Eintritts öffnung 156 mit der Ringkammer 147 verbunden.
Die Druckkraft, mit der der Ventilkörper 151 von der Feder 153 gegen seinen Sitz gedrückt wird, ist daher von der Stellung des Körpers 145 und dessen Stellung von der Stellschraube 144 abhängig.
Vorzugsweise wird die Feder 153 mittels der Stellschraube 144 auf einen solchen Druck eingestellt, dass sie den Ventilkörper 151 ganz gegen den Ventilsitz 149 drücken kann, wenn der entgegenwirkende Druck des Mediums in dem Hohlraum 148 auf das konische Ende 152 des Ventilkörpers 151 etwa dem an dem Manometer G' abgelesenen Druck des strömenden Mediums entspricht, der im Betrieb der Mischpistole vorhanden ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt bei Verwendung des beschriebenen Dosierungs- und Zuführungssystems dieser Druck etwa 10 atü.
Ohne dass eine Einschränkung auf diese Theorie beabsichtigt ist, sei die Wirkungsweise des Gegendruckventils mit veränderlicher Öffnung wie folgt erläutert: Vor der Betätigung des Drückers 14 der Misch- und Auftragepistole, d. h., wenn in den Leitungen L und L' keine Strömung vorhanden ist, liegt der Ventilkörper 152 vollständig an seinem Sitz an.
Bei Betätigung des Drückers 14 der Misch- und Auftragevorrichtung beginnt das Einströmen der Re aktionsmedien in die Mischkammer, so dass in den Schläuchen 47 und 48 und in der Polymerzuführungsleitung L, die kein Gegendruckventil 0 besitzt, ein sofortiger, deutlicher Druckabfall erfolgt. Da sich der Druckabfall in dem Schlauch 48 stromaufwärts in die Kammer 138 des Gegendruckventils fortsetzt, wird der Ventilkörper 151 unter dem Einfluss des auf ihn wirkenden Druckes in den Hohlraum 148 plötzlich abgehoben. Der Druckabfall pflanzt sich dann stromaufwärts an dem Ventilkörper 151 in den Hohlraum 148 und die Leitung L' so lange fort, bis die auf den Ventilkörper 151 wirkende Kraft nicht ausreicht, um ihn abgehoben zu halten. Zu diesem Zeitpunkt wird der Ventilkörper durch die Kraft der Feder 153 gegen seinen Sitz gedrückt und geschlossen.
Der Druck in der Leitung L' fällt daher nicht unter den Druck, bei dem der Ventilkörper 151 in die Schliessstellung gelangt. Da jedoch der Druckabfall stromabwärts von dem Ventilkörper 151 beträchtlich grösser ist als der stromaufwärts desselben vorhandene Druck, wird der Ventilkörper wieder etwas von seinem Sitz abgehoben, worauf der Druckabfall sich wieder stromaufwärts fortpflanzt und das Ventil geschlossen wird. Wenn diese Schwankungen kleiner werden, wird der Ventilkörper 151 weder vollständig in die Schliessstellung bewegt noch vollständig abgehoben, sondern nur in Abhängigkeit von den Druckschwankungen ein wenig im Öffnung und Schliesssinne bewegt, so dass die Durchlassöffnung zwischen dem Ventilkörper 151 und dem Ventilsitz 149 verkleinert und vergrössert wird.
Wenn diese Vergrösserungen und Verkleinerungen erfolgen (und das Zeitintervall sehr klein ist, vielleicht nur etwa eine Sekunde), erhöht die Pumpe P' den Druck in der Leitung L'. Wenn die Geschwindigkeit des durch die Pumpe bewirkten Druckanstieges dem Betriebsdruck in der Leitung entspricht, arbeitet das System normal. Auf jeden Fall fällt beim Abzug des Drückers 14 der Druck in der Leitung L' nicht sofort auf null, wie dies ohne das Gegendruckventil 0 der Fall wäre, sondern er fällt bis zu einem Punkt auf der Eintrittsseite des Gegendruckventils nur knapp unter den voreingestellten Druck, bei dem sich der Ventilkörper 151 abhebt (dieser Druck entspricht fast dem Betriebsdruck der Vorrichtung).
Durch dieses Gegendruckventil wird die zum Ausgleich des Druckabfalls auf den Normaldruck erforderliche Zeit auf wenige Sekunden herabgesetzt, beispielsweise auf etwa drei Sekunden, während ohne das in der Leitung vorhandene Gegendruckventil der Wiederanstieg dieses Druckes Minuten dauert. Inzwischen ist der Druck in der Leitung L wieder auf den Normalwert gestiegen und werden die Reaktionspartner wieder in dem richtigen Verhältnis gemischt. Während dieses kurzen Intervalls von wenigen Sekunden kann das zunächst erhaltene Gemisch in einen Abfallbehälter abgegeben werden.
Das Gegendruckventil 0 ist zwar nur dann notwendig, wenn sich die verwendeten Volumen beträchtlich voneinander unterscheiden, doch ist es oft erwünscht, ein derartiges Ventil nicht nur in der Leitung des Reaktionspartners mit den kleineren Volumen, sondern in allen Leitungen zur Zuführung von Reaktionskomponenten zu verwenden. Das Gegendruckventil 0 soll so nahe wie möglich an der Mischvorrichtung angeordnet sein. Je grösser der Abstand zwischen dem Ventil 0 und der Mischvorrichtung ist, desto länger dauert nach dem Druckabfall der Wiederanstieg des Druckes stromabwärts von dem Ventil. Das Gegendruckventil wird daher an der Pistole selbst angeordnet und ist so klein und leicht, dass es die Bedienung der Misch- und Auftragepistole nicht wesentlich erschwert.
Beim Mischen von Reaktionspartnern in annähernd gleichen Mengen kann das Gegendruckventil O überflüssig sein, und kann es zweckmässig sein, einen Speicher beispielsweise den stickstoffgefüllten Druckspeicher D zu verwenden, um die von den Pumpen verursachten Druckschwankungen in den Leitungen zu dämpfen, durch welche die Reaktionsmaterialien der Mischvorrichtung zugeführt werden.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel des Mischvorganges hat die Öffnung 33, durch welche die Reaktionskomponente aus dem Behälter A strömt, einen Durchmesser von etwa 6,5 mm. Die etwas kleinere Öffnung, durch die der Reaktionspartner aus dem Behälter B strömt, hat einen Durchmesser von etwa 2,5 mm. Der Innenring 17, die von dem Käfig 19 gehaltenen Rollen und der Aussenring 20 bilden ein normales Kegelrollenlager. Beispielsweise kann in der vorstehend beschriebenen Anordnung für diesen Zweck ein einreihiges Kegelrollenlager Nr. A2047 X A 2126 verwendet werden, das derzeit von der Timpen Roller Bearing Company in Detroit hat der Innenring 17 an der Basis (ausgenommen den Absatz zum Halten der Rollen) einen Durchmesser von etwa 17 mm und am kleineren Ende (ausgenommen den Halteabsatz) einen Durchmesser von etwa 16 mm.
Der Aussendurchmesser des Aussenringes 20 beträgt etwa 32 mm. Die kegelstumpfförmige Fläche des Aussenringes 20 hat an der Basis einen Durchmesser von etwa 22 mm und an dem kleineren Ende einen Durchmesser von etwa 16 mm. Die Tiefe des Innenringes 17 beträgt etwa 13 mm, die des Aussenringes 20 etwa 8 mm. Der Abstand zwischen der Mischzone und der Öffnung 24, d. h. die Gesamtlänge der Kammer 21 und der Kanäle 22 und 23, durch welche das Gemisch nach dem Verlassen der Mischzone und vor der Abgabe von der Vorrichtung hindurchtritt, beträgt etwa 4 cm. Die Zeit, die zur Abgabe des Gemisches aus der Öffnung 24 nach dem Mischen in der Mischkammer erforderlich ist, hängt natürlich wenigstens teilweise von dem Abstand zwischen der Mischanordnung und der Öffnung 24 ab.
Wenn man diesen Abstand durch entsprechende Änderung der Länge der Düse 111 und der entsprechenden Abmessungen der die Düse umgebenden Teile abändert, kann daher der Grad der Reaktion der gemischten Materialien von ihrer Abgabe aus der Öffnung 24 in beträchtlichem Masse geregelt werden.
Die hier beschriebene Misch- und Auftragepistole ist nur zum Mischen von zwei aus mehreren Komponenten bestehenden Reaktionspartnern bestimmt, doch können bei Hinzufügung zusätzlicher Eintritts öffnungen, Ventile, Ventilrückstellanordnungen usw. natürlich auch mehr als zwei Reaktionspartner verarbeitet werden, wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht. Wenn angesichts der Beschaffenheit der Reaktionsmaterialien eine relativ lange Mischzeit erforderlich ist, können gegebenenfalls in der Mischund Auftragevorrichtung zwei oder mehrere Rollenlager hintereinander angeordnet werden. Fig. 8 zeigt zwei hintereinandergeschaltete Rollenlager.
Die Welle 1 6a erstreckt sich durch den zusätzlichen Innenring 17' und in den Innenring 17, der fest, aber lösbar an der Welle befestigt ist und an dem Innenring 17' anliegt. Ähnlich wie in der ersten Mischanordnung ist der Innenring 17' von Rollen 18' umgeben, die von dem Käfig 19' in Abständen voneinander gehalten werden. Der Lauffortsatzbund 160 enthält einen rückwärtsgerichteten Fortsatz 161, der dieselbe radiale Stärke und denselben Durchmesser hat wie der Fortsatz 113 des Übergangsstückes 110. Dieser Fortsatz 161 hält den Aussenring 20 im Schiebesitz fest, und sein hinterer Rand liegt an dem 0-Ring 114 an, der den Aussenring 20 umgibt.
Ein radial einwärtsgerichteter Flansch 162 liegt an der Vorderfläche des Aussenringes 20 und an der Rückseite des Aussenringes 20a an und füllt den Zwischenraum zwischen diesen Aussenringen aus, so dass sie in der Längsrichtung in der richtigen Beziehung zu den entsprechenden Innenringen und Rollen liegen. Der Lauffortsatzbund 160 ist ferner mit einem vorwärtsgerichteten Fortsatz 163 versehen, der dieselbe radiale Stärke und denselben Durchmesser hat wie der Fortsatz 31 des vorderen Laufteils 10. Der den Aussenring 20a haltende Fortsatz 113 des Übergangsstücks 110 ist daher im Gleitsitz auf dem Fortsatz 163 angeordnet. Zwischen dem Fortsatz 113 und dem Absatz 145 des Bundes 140 ist der Aussenring 20a von einem O-Ring 164 umgeben.
Für jedes zusätzlich zu verwendende Rollenlager braucht man daher nur ein längere Welle zu verwenden, ferner zusätzlich einen Innenring mit Rollen und Käfig und einen Lauffortsatzbund mit einem darin enthaltenen Aussenring sowie einen O-Ring.
Nur ein weiterer Bestandteil dieser Mischvorrichtung braucht geändert zu werden. Der Schaft des Bolzens 119 hinter dem hinteren O-Ring 126 muss entsprechend verlängert werden (entsprechend der infolge des zusätzlichen Rollenlagers zugefügten Länge), so dass sein gewindetragendes Ende 120 und Ventilsitz 122 genügend weit rückwärts in die Kammer 65 und die Rippe 64 reichen.
Einzelheiten des in Beispiel I verwendeten Diiso cyanatgemisches:
Das in Beispiel I verwendete Vorpolymer aus Toluoldiisocyanat und Rizinusöl wird wie folgt hergestellt:
Rizinusöl (Qualität AA) 36,4 Gewichtsteile
Polyäthylenglycol,
Molekulargewicht 600 18,2 Gewichtsteile
2,4-Toluoldiisocyanat 45,4 Gewichtsteile
100,0 Gewichtsteile Das 2,4-Toluoldiisocyanat wird in einen Reaktionskessel eingebracht, der mit einem Temperaturanzeiger, einem Wassermantel und Mitteln zur Einleitung von heissem und kaltem Wasser in diesen Mantel versehen ist. Das Rizinusöl und das Poly äthylenglycol werden gesondert miteinander vermischt und dann langsam zu dem 2,4-Toluoldiiso- cyanat zugegeben, das vorher auf etwa 30 C erhitzt wurde.
Während der Zugabe wird der Kesselinhalt erhitzt; gleichzeitig wird durch den Mantel des Kessels kaltes Wasser gepumpt, um die Temperatur des Reaktionsgemisches auf etwa 100-1100 C zu halten.
Nach vollständiger Durchführung der exothermischen Reaktion wird das Rühren fortgesetzt. Diese vollständige Durchführung erkennt man an einem Temperaturabfall der Partie. Durch Einleitung von hei ssem Wasser in den Mantel wird die Temperatur der Partie auf etwa 1000 C gehalten, bis die der Partie entnommenen Proben des Vorpolymers die gewünschte Viskosität von 12000-20000 bei 380 C besitzen.
Beispiel II
In einem anderen Beispiel der Verwendung der Vorrichtung zum Mischen und Auftragen von aus mehreren Komponenten bestehenden Reaktionspartnern befindet sich in dem Behälter A ein flüssiges Polymergemisch bestehend aus Polyalkylen-polysul fid, das in flüssiger Form unter dem Namen Thiokol
LP-2 von der Thiokol Corp. in Trenton, New Jersey, USA, geliefert wird, im Gemisch mit Russ, Phenolharz und Stearinsäure, beispielsweise in Form einer handelsüblichen Zusammensetzung, wie sie in einem Artikel von J. S. Jorczak und E. M. Pettes unter dem Titel Polysulfide Liquid Polymers in In dustrial and Engineering Chemistry, Band 43, S. 324,
Februar 1951, ausführlich beschrieben ist. Im Tank
B befindet sich ein Gemisch, bestehend aus 7,5
Gewichtsteilen Bleisuperoxyd, 0,75 Gewichtsteilen
Stearinsäure und 0,75 Gewichtsteilen Dibutylphthalat.
Zur einheitlichen Dispersion dieser Materialien werden sie 24 Stunden lang in einer Kugelmühle gemahlen. Die Zwangsverdrängungspumpen P und P' werden in einem solchen Verhältnis zueinander gesteuert, dass aus dem Behälter A 100 Volumenteile pro 10 Volumenteile aus dem Behälter B geliefert (141: 20 Gewichtsteile) an die Mischzone abgegeben werden.
Im übrigen ist die Arbeitsweise nach diesem Beispiel dieselbe wie an Hand der vorstehend angegebenen Diisocyanatmasse beschrieben. In manchen Fällen, in denen eine Zerstäubung oder ein Versprühen nicht erwünscht ist, beispielsweise wenn die gemischten Reaktionspartner als Dichtmasse dienen sollen, kann die Öffnung 24 oder sogar die Öffnung 22 (bei entsprechender Abänderung) an eine Spritz- oder Dichtdüse angeschlossen werden.
Diese Einrichtung zum Mischen und Auftragen von aus mehreren Komponenten bestehenden Reaktionspartnern ist besonders in jenen Fällen zweckmässig, in denen relativ dünne Filme an Ort und Stelle aufgetragen und ausgehärtet werden sollen.
Dies gilt z. B. für Harzfilme, wie sie bei überzogenem Schmirgelpapier, endlos hergestellten Mehrschichtstoffen, beispielsweise Sperrholz, Anstrichen usw. verwendet werden. Viele Materialien, beispielsweise Epoxydverbindungen, reaktionsfähige Phenolmassen usw. reagieren in monomerer oder polymerer Form, wenn sie zusammen mit bestimmten Härtern (Vernetzungsmitteln) verwendet werden, wobei sie rasch erhärten bzw. mit der Erhärtung beginnen und einen festen, harten, zäh haftenden und widerstandsfähigen Zustand annehmen.
Viele der vom Standpunkt des raschen Aushärtens der aufgetragenen Harzmasse vorteilhaftesten Beschleuniger können im technischen Betrieb nicht mit diesen Harzen verwendet werden, weil die dabei erhaltenen Harzmassen, wenn sie in grossen Mengen vorhanden sind, nur eine äusserst kurze brauchbare Topfzeit haben (oft nur sehr wenige Minuten oder Sekunden), das ihre Verwendung in den üblichen satzweise durchgeführten Überzugsverfahren verhindert. Anderseits sind die bekannten kontinuierlichen Mischverfahren nicht anwendbar, weil das Harz und der Beschleuniger innig und gründlich miteinander gemischt werden müssen. Die Erfindung ermöglicht die Verwendung von äusserst rasch wirkenden Beschleunigern für derartige aushärtbare Harzmaterialien.
Die nachstehenden Beispiele erläutern einige die ser Anwendungsformen der erfindungsgemässen Verfahren.
Beispiel 111
Ein sehr biegsames überzogenes Schmirgelpapier, wie es für leichte Holzbearbeitungsarbeiten sehr ge eignet ist, kann nach dem erfindungsgemässen Mischund Auftrageverfahren hergestellt werden. In den Behälter A wird ein flüssiges Epoxydmaterial und in den Behälter B eine Menge eines flüssigen Härters (Diäthylentriamin) eingebracht. Die Zwangsverdrän gungspumpen P und P' werden in bezug aufeinander so gesteuert, dass sie 100 Volumenteile des Harzes aus dem Behälter A pro 15 Volumenteile des Beschleunigers aus dem Behälter B (100:12 Gewichtsteile) abgeben.
In diesem Beispiel wird das aushärtbare Reaktionsprodukt von Bis-phenol A und Epichlorhydrin mit einem Epoxydäquivalentgewicht der Grössenordnung von 185-200 und einem Erweichungspunkt von 100 C, wie es von der Union Carbide Plastics Company, Division of Union Carbide Corp. unter der Bezeichnung Bakelite ERL-2774 geliefert wird, in den Behälter A eingebracht.
Dieses Material wird zwar häufig als Harz bezeichnet, besteht aber vorwiegend, wenn nicht im wesentlichen, vollständig aus monomerem Material.
Ein Blatt oder eine Bahn aus biegsamem Papier, das als Träger des herzustellenden Schmirgelpapiers dienen soll, wird kontinuierlich zwischen zwei ange trieb enden Abquetschwalzen hindurchgeführt, wobei es auf einer Seite überzogen wird. Oberhalb des Spalts zwischen den beiden Abquetschwalzen ist die Misch- und Auftragevorrichtung angeordnet, an deren Austrittsende eine Spritzdüse befestigt ist. Zerstäubungsluft wird nicht verwendet.
Die Vorschubgeschwindigkeit der Papierunterlage und der Abstand zwischen den Abquetschwalzen werden in bezug auf die von der Mischvorrichtung (der Vorrichtung nach Fig. 1) abgegebene Menge der innig gemischten, dünnflüssigen Harzmasse so eingestellt, dass zwischen den beiden Abquetschwalzen ständig eine schmale Harzraupe im wesentlichen über der ganzen Breite der Unterlage vorhanden ist, wenn das Uberzugs- gewicht des aufgetragenen Harzes etwa 2,2 mg/cm2 beträgt.
Gegebenenfalls kann das Harzmaterial den Abquetschwalzen kontinuierlich durch mehrere Mischvorrichtungen zugeführt werden, die quer zur Länge der Papierbahn in Abständen voneinander angeordnet sind.
Dann werden Schleifmittelkörner der Qualität 320 mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 35 Mikron nach bekannten Methoden auf die nasse, überzogene Oberfläche aufgetragen. Eine derartige Methode ist beispielsweise in der USA-Patentschrift Nr. 2318 570 (Carlton, entsprechende kanadische Patentschrift Nr. 419239) beschrieben. Das Über- zugsgewicht beträgt 5,9 mg/cm2. Das schleifmittel überzogene Blatt kann dann girl anden artig aufgehängt und die Harzmasse in einem Ofen bei einer mässigen Temperatur von beispielsweise etwa 820 C während einer relativ kurzen Zeit, beispielsweise etwa 10-12 Minuten ausgehärtet werden.
Dann wird auf die schleifmittelüberzogene Fläche eine Deckschicht aus derselben aus Epoxydharz und Beschleuniger bestehenden Masse oder vorzugsweise einer noch schneller reagierenden Masse, beispielsweise einer Masse, deren Beschleuniger aus 95 % des vorstehend erwähnten Amins und 5% Thio-Harnstoff, besteht, aufgetragen, wobei 10 Gewichtsteile des Beschleunigers pro 100 Gewichtsteile des vorgenannten Epoxydharzes verwendet werden. Dabei ist die Arbeitsweise dieselbe wie für den Auftrag der Grundschicht beschrieben. Das Überzugsgewicht der Deckschicht beträgt etwa 3,8 mg/cm2. Dann kann das Schmirgelpapier gegebenenfalls in einem Ofen girlandenartig aufgehängt werden.
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dies jedoch häufig nicht notwendig, wenn die aus Harz bestehende Deckschicht genügend rasch reagiert. Das ausgehärtete Blattmaterial kann zu Vorratsrollen aufgerollt werden.
Die girlandenartige Aufhängung kann sowohl beim Aushärten der Binde- oder Grundschicht als auch beim Aushärten der Deckschicht vermieden werden, wenn man rasch reagierende Bestandteile und das erfindungsgemässe Misch- und Auftrageverfahren verwendet. Wenn ein Aushärten erwünscht ist, das über das bei Zimmertemperaturen rasch erfolgende hinausgeht, kann dies durch eine kurze weitergehende Reaktion oder Aushärtung nach dem in der USA-Patentschrift Nr. 2405 191 (Davis, entsprechende kanadische Patentschrift Nr. 436 119) beschriebenen Verfahren erfolgen.
Die in dem vorliegenden Beispiel für die Grundund Deckschicht des Schmirgelpapiers verwendete, aus dem Harz und dem Beschleuniger bestehende Masse hat eine so kurze Topfzeit, dass bei der Vermischung der beiden Bestandteile in den angegebenen Anteilen in grossen Mengen von etwa 4 1 oder mehr des Epoxydharzes, was bei den üblichen tÇberzugs- methoden eine sehr kleine Menge ist, die Masse bereits schnell auszuhärten beginnt, fast ehe ein gründliches Mischen erzielt wird. Manchmal ist die Reaktion sogar in gefährlichem Grade exothermisch.
Im praktischen technischen Betrieb kann daher nach den bisherigen Verfahren eine derartige rasch aushärtende Harzmasse nicht verwendet werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch auf Harzmassen mit einer relativ langen Topfzeit von beispielsweise mehreren Stunden verwendet werden, bei denen die Viskosität einer gegebenen Partie im Laufe der Zeit infolge der fortschreitenden Aushärtung des Harzes allmählich zunimmt, so dass das Problem einer über mehrere Stunden einheit lichen Einheitlichkeit des Überzuges entsteht. Bei
Anwendung des erfindungsgemässen Misch- und Auf trageverfahrens wird nicht nur die resultierende Viskosität von identisch gemischten Harzmassen unbegrenzt lange einheitlich erhalten, sondern es kann auch jede gewünschte Harztemperatur verwendet werden, so dass Viskositäten erhalten werden, bei denen optimale Überzugsbedingungen gegeben sind.
Bei derartigen Harzmassen musste die Temperatur bisher relativ niedrig gehalten werden, um das Topfleben zu verlängern, so dass Lösungsmittel erforderlich waren, um die gewünschten niedrigen Viskositäten für den Überzugsvorgang zu erhalten. Es hat sich gezeigt, dass die Erfindung auch zur Erzeugung durch chemische Verarbeitung von verschiedenen Reaktionspartnern angewendet werden kann, beispielsweise zur raschen, kontinuierlichen Polymerisationsreaktion von Isobutylen durch Mischen des Monomers, Isobutylen, mit einer Komplexverbindung von Diäthyläther und Bortrifluorid in geeigneten Anteilen und bei niedrigen Temperaturen; sowie im kontinuierlichen Gelierverfahren, wie sie bei der Erzeugung von Fetten durch Reaktion einer Fettsäure, eines Öls und einer alkalischen Verbindung in innig vermischtem Zustand und in den gewünschten Anteilen.
Beispiel IV
Die Erfindung eignet sich ferner ausgezeichnet zum Mischen von Anstrichstoffen, beispielsweise von Anstrichen auf Epoxydharzgrundlage, die nach Zusatz des richtigen Härtemittels sehr rasch erstarren.
Ein Beispiel einer derartigen Anwendung ist das Aufbringen von Anstrichen auf Strassen. In diesem Fall werden rasch trocknende oder aushärtende Anstrichmassen bevorzugt, damit die Verkehrsbehinderung auf ein Minimum reduziert wird.
Dabei kann der Behälter A beispielsweise ein Gemisch von 60 Teilen Epoxyharz (das Reaktionsprodukt von Epichlorhydrin und Bis-phenol A mit einem Epoxydäquivalentgewicht in der Grössenordnung von 450-525 und einem Erweichungspunkt von 700 C, wie es beispielsweise von der Shell Chemical Corporation unter der Bezeichnung Epon 1001 geliefert wird), 30 Teilen Xylol, 30 Teilen Methylisobutylketon, 68 Teilen eines Pigments, beispielsweise des Kopräzipitats von CaCO3 und TiO2, wie es von der Titatium Pigment Corp., New York, USA, einer Tochtergesellschaft der National Lead Co. unter der Bezeichnung Titanox RA-50 geliefert wird, und 17 Teilen Zinkoxyd (als Pigment) enthalten.
Die Bestandteile sind vorher mit einem schnellaufenden Mischer, beispielsweise einem Lightnin-Mischer innig vermischt worden, wie er von der Mixing-Equipment Co., Inc. in Rochester, New York, USA, geliefert wird. Der Behälter B soll ein Harz enthalten, und zwar eine 70 prozentige Lösung eines flüssigen Kondensationsproduktes eines Amins mit einer Dimersäure in 4:1 Xylol-Butanol, wie sie von der General Mills, Inc. unter der Be zeichnung Versamid 115 geliefert wird. Die
Zwangsverdrängungspumpen P und P' werden in bezug aufeinander so gesteuert, dass sie 170 Volumen teile aus dem Behälter A pro 40 Volumenteile aus dem Behälter B (205 : 32,5 Gewichtsteile) an die Mischzone abgeben.
Im übrigen ist die Arbeitsweise in dem vorliegenden Beispiel mit der in Beispiel I beschriebenen identisch. Die beschriebene Vorrichtung bewirkt nicht nur eine gründliche Vermischung der stöchiometrischen Anteile der Reaktionspartner aus dem Behälter A mit denen aus dem Behälter B, so dass die Aushärtung ein Produkt mit optimalen Eigenschaften ergibt, sondern die die in dem Produkt enthaltenen Pigmentmaterialien, die von dem Lightnin-Mischer nicht genügend dispergiert sind, werden einheitlich und gründlich in der ganzen Masse dispergiert, selbst wenn jede Teilmenge der Reaktionsmaterialien nur kurze Zeit, beispielsweise einen Bruchteil einer Minute oder oft sogar nur einen Bruchteil einer Sekunde in der Mischzone der erfindungsgemässen Misch- und Auftragevorrichtung verbleibt.
Method and device for intimately mixing several components and applying the mixture
The invention relates to a method for intimately mixing different types of constituents, at least one of which is flowable and which react quickly with one another when mixed, and for applying the mixture. The invention also provides a new device with a mixing and application device with which the mentioned ingredients can be mixed in the correct proportions and the mixture can be applied at the point of use.
Examples of multi-component reactants which can be mixed and applied in accordance with the invention are 1. a high molecular weight diisocyanate and water which interact rapidly with one another; 2. a liquid polyalkylene polysulfide polymer and a hardener therefor, for example lead peroxide dispersed in a liquid medium; 3. a curable epoxy material, for example the monomeric or polymerized reaction product of bis-phenol and epichlorohydrin and an amine or other hardener therefor; and 4. Butadiene and styrene in the presence of a suitable polymerization initiator, for example the known, rapidly initiating redox systems, in order to achieve rapid and continuous polymerization.
For many of these chemically very rapidly reacting materials, it is desirable to apply the materials immediately after they have been mixed, and preferably in the early stages of the chemical reaction. For example, a suitable polymer made from castor oil and toluene diisocyanate and containing a certain amount of unreacted toluene diisocyanate in solution, mixed with a measured amount of a solution of N-methylmorpholine in water and applied immediately on the spot, so that a Cellular foam is formed, which is used as a heat-insulating material, sound-absorbing material, as reinforcement in lightweight structures (for example in parts of aircraft structures, such as the rear edges of the wings or the tail unit, the inside of the propeller blades) or in components, for example in aluminum panels, etc.
can be used.
In general, it has heretofore been desirable that mixtures of reactants consisting of several components have a high resistance so that they can be easily manipulated and applied, while on the other hand they should cure quickly after application so that the finished article can soon be manipulated and onto them Way, production in factories etc. is facilitated. These requirements usually conflict with one another as to the type of reactants to be used. If materials are to cure quickly after application, they generally have poor application stability. In contrast, materials that have a long application stability or a long pot life generally cure only slowly after application.
Once the material has been applied, the hardening of the reactants can sometimes be accelerated by the application of heat, but this is not always pleasant or even only possible, especially when it comes to large areas or the interior of complexly shaped structures, for example in the case of Aircraft, or in cases where the structure would be warped or damaged by the heat.
Attempts have already been made to solve this problem. For example, one proposal is to use a spray applicator manufactured by the De Vilbiss Company of Toledo, Ohio, USA, in which liquids are separately expelled through two orifices (which can be concentric) and then jets of air are directed across these flows, to atomize them, to swirl them a little and thereby mix them, so that these materials mixed in the open air are mixed so much when they reach the surface on which they are to be applied that the reaction takes place at the point where the materials are have been applied, progress and can be fully carried out.
This is probably the best method known or practiced for spray applying multiple reactants to a surface, but it has a number of disadvantages.
A disadvantage is that it is difficult to maintain the ratio between a relatively volatile liquid component and a relatively non-volatile component because the more volatile component partially evaporates during application. Another disadvantage is that the operator or other people are endangered or complain if one of the components is toxic because strong vapors are present in a certain area around the application site.
Furthermore, there is the disadvantage that in the case of a reaction product in the form of a foam, the cells are not formed uniformly.
Another mixing method, which has hitherto been used for several reactants, is generally based on the same principle as the De Vilbiss device just described, but a chamber is provided around the two spray cones of the reactants in which mixing begins and meets the air currents generally transversely to the spray cones of the reactants on the outer wall of the chamber in which the mixing process takes place. The mixed reactants then usually exit the chamber in an atomized form. However, the device is designed in such a way that it is not possible to spray uniform material coatings or layers on site using this method. This proposal, of course, suffers from many of the disadvantages and limitations of the previously described method.
Although it has the advantage that the mixing process is carried out in a closed space, so that the formation of vapors and the risk of poisoning is reduced, it has the disadvantage that it is relatively difficult to apply uniform, thin liquid films to relatively large areas.
As a result of the heavy and unwieldy mechanical construction of the device, it is difficult for one man to use it for a spray application.
These two known proposals generally have the disadvantage that in cases where catalysts are required, for example as one of the reactants, the catalyst must be used in a stoichiometric excess because it is used only with a low efficiency, so that in the applied film or coating, the catalyst is present in too large an amount, which in certain cases was a major disadvantage and impaired the quality of the coating or foam, especially when a stoichiometric amount of a volatile reactant to achieve a cured reaction product with as equivalent strength properties as possible, see is required.
The aim of the invention is to create a simple method and a device for mixing and applying a plurality of reactants in the desired proportions, the disadvantages and deficiencies of the proposals made up to now on this problem being avoided to a large extent. The method according to the invention and the device are used for the rapid and precise mixing and application of several reactants. The reactants are expediently used essentially in the stoichiometric proportions in which they react, or in preferred proportions. The application can take place continuously, but also intermittently, for example at relatively short intervals.
In this way, a product of greater uniformity is obtained, for example with a uniform cell structure, etc., depending on the type of product desired, or a product with better strength properties, etc., whereby the nuisance and danger to the operator or other people present by vapors or Toxins are reduced to a minimum. Furthermore, even with intermittent operation, material loss is kept to a minimum. The device can be designed to be mobile or portable.
Furthermore, it can be designed in such a way that it is easy to use and easy to handle.
Another object of the invention is to achieve an effective mixture of several components in a very short time, in many cases effective mixing in less than a second and in many cases in a fraction of a minute, i.e. H. in a relatively short time, can be achieved by combining high turbulence and shear or squeezing effects with one another and using conditions under which the components are inevitably displaced and only remain in the mixing device for a short time. In many cases it is desirable to mix and discharge the reactants from the mixing zone in such a way that the reaction between them is carried out essentially completely after leaving the mixing zone.
This is made possible by the device and the method according to the invention and is very important in the production of foams or cell structures from reactants.
Exemplary embodiments of the device according to the invention are illustrated in the accompanying drawing and are described below together with the method according to the invention. Show it:
1 shows a side view of the mixing and application device together with a schematic representation of a metering feed device which introduces the reaction components in the desired proportions into the mixing chamber of the mixing device,
FIG. 2 shows the mixing and application device of FIG. 1 in an end view from the front or running end, with the counter-pressure valve 0 attached,
3 shows the device on a larger scale in a section along the line 3-3 in FIG. 1, the cap 112 being rotated by 900 for the sake of clarity,
4 shows the mixing and application device of FIG.
1 on a larger scale in view, partially in section, the cap 112 also being rotated by 900 and the valve arrangements of the device mdlr being shown in detail,
FIG. 5 shows the mixing arrangement of the device according to FIG. 1 on an even larger scale in a schematic diagram.
6 shows the mixing zone of the device on a larger scale in a view, partially cut along the line 6-6 in FIG. 3,
7 shows the counter-pressure valve 0 of FIG. 2, which is provided with an adjustable setting opening, on a larger scale in a view, partially in section, and FIG
8 shows, on an enlarged scale, in section another embodiment of the mixing part of a mixing and application device.
Example I.
In Figure 1, container A contains a supply of a prepolymer of toluene diisocyanate and castor oil, with a measured excess of unreacted toluene diisocyanate. This prepolymer was made according to the instructions given at the end of this example. Generally, the prepolymer consists of a viscous liquid that typically has a viscosity of 12,000-20,000 centipoise at 253C. The container B contains a supply of a further reactant in the form of a propellant, in this case made of water with a content of N-methylmorpholine in a ratio of three parts by weight of water to one part by weight of N-methylmorpholine.
The diisocyanate liquid from the container A is fed by the pump P, which works with a regulated delivery volume, with a reciprocating piston via the line L, which is connected to the nitrogen-filled pressure accumulator D and to the pressure gauge G to dampen the pressure fluctuations, to the mixing valve described below. and the applicator. The line R is connected at one end to the container A and at the other end to the line L on the pressure side of the pump P and forms a bypass line which allows the prepolymer to flow back when the mixing and application device is temporarily out of operation. A pressure relief valve V is arranged in line R for a purpose described below.
The aqueous solution of N-methylmorpholine is delivered from the container B to the mixing and application device via the line H, which is connected to the pressure gauge G ', by means of the pump P', which operates with a regulated delivery volume, with a reciprocating piston. The line R ', which connects the container B to a point of the line L' on the pressure side of the pump P 'and in which a pressure relief valve V' is arranged, creates a bypass line which allows the said solution to flow back when the mixing and Applicator is temporarily out of order.
As a result of the bypass lines used in this metering feed system, it is not necessary to turn off pumps P and P 'when the mixing and application device is temporarily out of order, for example when the operator takes a short break or changes his position, etc. Valves V and V 'are set to open at a pressure just above the operating pressure that will prevail in the line when the device is in operation; i.e. when the reactants flow into the mixing and application device via lines L and L '.
If there is no flow in the lines L and L ', for example when the mixing and application device is not in operation, the pressure in the lines increases somewhat because the pumps remain in operation. When the pressure in the line rises, however, the valves V and V 'open and the bypass lines take effect, so that the liquids continue to flow through the pumps P and P'.
The two pumps P and P 'are commercially available from the Milton Roy Company of Philadelphia, Pennsylvania, USA and are coupled via a common shaft which is driven via a variable-speed drive (motor and gearbox) so that the speed ratio between the two Pumping is always constant. The pumps therefore always deliver the reactants in the desired volume ratio into lines L and L '.
In this example, the pumps are set so that for every 100 parts by weight of the material from container A, 41/4 parts by weight of the material from; the container B into the mixing chamber of the mixing and application device (volume ratio 4.95: 100).
The lines L and L 'are connected to the mixing and application device described below via detachable quick-release couplings. The high molecular weight diisocyanate mass supplied from container A via line L and the aqueous morpholine solution supplied from container B via line L 'are therefore dispensed by the metering and pumping device into the mixing and application gun.
The application gun essentially has a rear barrel part 11, a Pistolengnff 12, a front barrel part 10 and the head piece 13. The rear barrel part 11 contains a drive M (FIG. 3), which here consists of a compressed air motor of 1/16 HP.
At the lower end of the handle 12, a quick coupling C is provided, to which a flexible compressed air line is connected, which supplies the compressed air to drive the compressed air motor.
Valves, which will be described in more detail below, are provided on both sides of the front barrel part 10 and which regulate the flow of the diisocyanate mass from the container A and the aqueous morpholine solution from the container B into the mixing chamber of the device. These valves are operated by means of the trigger 14. In this way, the mixing of the reactants and the application of the mixture with the device described can be completely controlled by the operator only by actuating the single trigger. The application process can thus be switched on and off in a simple manner.
According to FIG. 3, the compressed air motor M located in the rear running part 11 drives the shaft 15 and thus also the shaft 16 firmly connected to it, which in turn drives the roller bearing shown.
This bearing has a frustoconical inner ring 17 which is fixed on the shaft 16, and several tapered rollers 18 which are arranged around the inner ring 17 and are held rotatably at the correct distances from one another by the bearing cage 19, through which they partially protrude ( see also Figs. 5 and 6). The cage 19 is surrounded by the outer ring 20 of the tapered roller bearing that is in contact with the rollers 18. The inner surface of this ring forms a frustoconical cavity in which the rollers 18 rotate about their own axes and revolve around the inner ring 17 like a planet. The mixing elements 17, 18, 19 and 20 are therefore designed and assembled like a conventional tapered roller bearing, as is commonly used for the front wheel bearings of motor vehicles. The inner surface of the inner ring 20 defines the mixing chamber or zone of the device.
The compressed air motor can drive the drive shafts 15 and 16 at a speed of the order of magnitude of 500-10000 rpm. In the case of the reactants to be mixed in the present example, a speed of about 3000-4000 rpm or more is appropriate.
When the trigger 14 of the mixing gun is pressed so that the two reactants (from the containers A and B) can enter the mixing zone of the front barrel part 10, as described and illustrated above, the shaft 16 and the inner ring 17 moving at a higher rate Rotate speed, the tapered rollers 18 revolve like a planet. This means that the rollers 18 run at high speed around their own axis and move within the outer ring 20 around the axis of the inner ring 17, as is generally shown in FIG. 5 of the drawing. Although it is not known with certainty the paths along which the materials to be mixed flow, for the purposes of illustration and without intending to be limited to this theory, FIG. 6 gives an indication of the flow paths along which the materials as a result of the planet-like and Rotational movement of the tapered rollers flow.
From Fig. 5 it can be seen that the reaction materials between the roller 18 and the inner ring 17 and between the rollers 18 and the inner surface of the outer ring 20 are subjected to considerable turbulence and a shearing and squeezing action and move themselves approximately along a planetary orbit. However, the materials in this path simultaneously migrate axially through the mixing zone under the effect of the positive pressure of the pumps. The path covered by the materials in the transverse direction when they migrate through the mixing zone is extremely large compared to the axial distance of the migration through the mixing zone.
The materials are mixed very rapidly, mixing primarily in the transverse direction, and are dispensed from the mixing zone via the tapered chamber 21 and channels 22 and 23 and then through the exit port 24 as shown in FIG is.
If atomization of the mixed reactants, for example with air or gas, is desired, this air or gas can, as described below, be introduced under pressure into the annular chamber 25 and is discharged at high speed through the annular opening 26 concentric with the outlet opening 24. Optionally, the air can also be discharged through the channels 27 in the wing tips 28 at an angle to the flow of the mixed reactants, for example if it is desired that the mixed reactants spread out in a fan shape or in some other special shape. In many cases, however, the openings 27 are closed or are omitted entirely.
The mixed reactants emerging through the opening 24 and atomized by means of the compressed air emerging from the ring opening 26 can be applied at the desired location, for example to create an insulation with a thickness of 25-50 mm. Such insulation forms a lightweight material of uniform cell structure that normally adheres and remains to a clean metal surface. Such a material, which has been mixed and applied according to the invention, is suitable for processing on the assembly line because it is foamed on the spot at normal room temperature within a few minutes, for example 5 minutes, solidifies to a solid, coherent mass and hardens within a few hours .
The entire gun shown in the lower part of FIG. 1, without the connecting lines L and L ', has a total length of no more than about 20 cm and a total weight of only about 2 kg if they form the mixing chamber, the roller bearing and the spray nozzle Parts are made of steel.
The mixing method described above and the mixing device described have further advantages; For example, an excessive formation of vapors is avoided and a uniform mixture and a uniform cell structure are ensured and the material arrives in place before the reaction has progressed too far, etc.
The reactants of the present example can be mixed and applied without the use of air for atomization. This method is desirable in certain cases, for example when the material is introduced into closed cavities or molds. The density of such a product can be controlled to be approximately as low as that obtained by spray application.
One of the containers A and B or both can be provided with a double jacket, in which steam or hot water can be circulated in order to regulate the temperature of the contents in the desired manner. In general, it is desirable to keep the diisocyanate mixture described above at an elevated temperature so that its viscosity is kept sufficiently low.
In the case of spraying work carried out on an industrial scale, about 64-68 liters of the reactants of Example I are mixed and sprayed with the present device every hour. However, the capacity of the device is actually much higher. A special metering device for this application has, as pump P (for the diisocyanate component), a pump with a regulated delivery volume with a reciprocating piston, which delivers about 175 liters of water per hour at a pressure of 56 atmospheres, with balls Hasteloy C alloy and stainless steel seats are used.
The pump P 'for the aqueous N-methylmorpholine solution is also a pump with controlled delivery volume with a reciprocating piston, which has a delivery volume of 20.5 l of water at a pressure of 506 atmospheres and with balls made of the alloy Hasteloy C and Seat made of s stainless steel is provided. The drive consists of an electric motor of 3/4 HP with a variable-speed hydraulic gear.
The two pumps, coupled by a common shaft, and the drive are commercially available as a unit from Milton Roy Co. of Philadelphia, Pennsylvania, under the designation Quadruplex Pump Unit GMD 4-553-44 / 61SM. The pressure relief valves V and V 'provided in the bypass lines R and R' are set so that they open completely at 17.5 atmospheres and are suitable for a flow rate of 1380 liters of water per hour. The prepolymer in container B is heated to a temperature of about 500 C so that it has a viscosity of about 500 centipoise. A nitrogen-filled pressure accumulator D of 165 cm3 is used.
With the device just described, when processing the reactants described in this example, a foam with a finished density of only about 0.03 g / cm3 is obtained.
The whole dosing and pumping device, d. H. the pumps P and P ', the containers A and B, the bypass lines, the accumulator D and the pressure gauges G and G' can expediently be mounted on a single frame that can be moved on wheels. In this case, the lines L and L 'extend from a point on the frame downstream of the pressure gauges G and G' to their connection point on the spray gun and are designed to be flexible so that the operator of the spray gun can move around during the spraying process.
One of the hoses L and L 'or both are double-walled if they normally carry viscous material so that hot water or another medium can be circulated around it and excessive cooling of the reactant before it enters the mixing chamber is prevented . This is particularly true when the lines L and L 'have to be very long so that the operator can move the mixing and application gun over a certain distance without the pump and metering device also having to be moved.
Further detailed description of the mixing and application gun:
There now follows a detailed description of the mixing and application gun. According to FIGS. 1 to 4, the front running part 10 is formed with a recess 30 at the rear. The rear part of this recess is provided with an internal thread so that it can be screwed to the rear barrel part 11. The running part 10 is provided at its front end with a cylindrical extension 31 which, together with the front end of the running part 10, forms a cavity which contains the mixing arrangement consisting of a roller bearing.
The running part 10 has a central bore which is lined with a bearing sleeve 32 in which the shaft 16 rotates. This is screwed to the drive shaft 15 at its rear end. At the front end of the shaft 16, which extends into the mixing space formed by the extension 31, the frustoconical inner ring 17 of the roller bearing is attached. The rollers 18 held by the cage 19 are arranged around the inner ring 17.
The inner ring 17, the rollers 18 and the cage 19 are located in the mixing chamber or zone of the
Contraption.
The inlet openings 33 and 34 of the mixing chamber (FIG. 3) extend somewhat radially outward from the inner ring 17 from the rear surface of the mixing chamber backwards into the barrel part 10.
These openings are arranged approximately opposite one another on both sides of the shaft 16.
The opening 33, through which, as will be explained below, the reactant having a larger volume, namely the prepolymer, enters the mixing chamber, is somewhat larger than the opening 34.
On both sides of the running part 10, longitudinal ribs 35 and 36 are provided which each have a bore or chamber 37 and 38 extending from their rear end in their longitudinal direction. However, these chambers do not extend all the way to the front end of the ribs 35 and 36. The chambers 37 and 38 are connected to the openings 33 and 34 via transverse channels 39 and 40. These channels can expediently be formed in that the side walls of the ribs 35 and 36 and the running part 10 are drilled transversely at the front ends of the chambers 37 and 38 until the rear ends of the openings 33 and 34 are reached. Then the side walls of the ribs outside the chambers 37 and 38 can be closed with the stoppers 41 and 42 indicated by dashed lines.
The ribs 35 and 36 are also pierced from below at points which are at a distance behind the junction of the chambers 37 and 38 with the channels 39 and 40. In this way, inlet openings 43 and 44 to the chambers 37 and 38 are obtained. These inlet openings are provided with an internal thread for the screw connections 45 and 46, to which the hoses 47 and 48 are connected, which in this way connect to the inlet openings 43 and 44 , the chambers 37 and 38, the channels 39 and 40 and finally with the inlet openings 33 and 34 of the mixing chamber are in communication. The hoses 47 and 48 are provided with quick-release couplings 49 and 50 at their lower ends. Furthermore, these hoses are carried at their lower ends by the support plate 51, the rear end of which is attached to the handle 12.
When the mixing gun is connected to the metering feed device, the line L is connected to the hose 47 via the coupling 49 and the line L 'is connected to the hose 48 via the coupling 50, unless, as in the present example, to one later descriptive purpose that a controllable opening having counter pressure valve O (Fig. 2) is used. In this case the valve O is connected to the coupling 50 and the line L '.
At the front end of the chamber 37 and 38 s spindle 66 is surrounded between the body 67 and the rear side of the valve body 69 by a helical spring 70, which seeks to move the valve body and with it the spindle 66 forward into the closed position and the body 67 in its location. Behind the normal seated position of the valve body 69, the rib 64 is provided with a threaded bore penetrating its underside which leads into the chamber 65 and into which the screw connection 71 can be screwed, via which the hose 72 is connected to the chamber 65. The hose 72 extends downward similarly to the hoses 47 and 48 and is provided at its lower end carried by the support plate 51 with a quick-release coupling 73 to which a compressed air line can be connected.
The rear barrel part 11 is connected to the front barrel part 10 via a forward-directed thread-bearing part which is screwed to the internal thread of the recess of the barrel part 10. The rear running part 11 is provided with longitudinal ribs 80 and 81 on both sides. These ribs are spaced from and in alignment with the aforementioned ribs 35 and 36 of the front runner when the runner parts 11 and 10 are assembled. The entire length of the ribs 80 and 81 is provided with a threaded hole into which an elongated threaded sleeve 82 or 83 can be screwed, which is provided with a knurled head flange for easier screwing in and unscrewing.
The threaded shafts of this sleeve are hollow and form chambers 84 and 85 which, when the sleeves are screwed in, are aligned with chambers 37 and 38 and in which helical springs 86 and 87, respectively, are arranged at the rear ends of the chambers.
The rear ends of the spindles 56 and 57 extend into the chambers 84 and 85, respectively, and are provided with flanges 88 and 89, respectively, which form abutments for the springs 86 and 87, respectively. The spindles 56 and 57 have a length such that the springs 86 and 87 normally move the valve bodies 58 and 59 into the closed position in which they rest against the valve seats 52 and 53, respectively. The compressive force of the springs, which tends to close the valves, can of course be determined by the extent to which the sleeves 82 and 83 are screwed into the ribs 80 and 81, respectively.
The rear running part 11 is also provided with a transverse rib 90 (FIG. 2), the lateral end faces of which are cut off at right angles. A forked yoke 91, which surrounds the rear running part on the underside, is articulated to the side surfaces of the transverse rib 91 by means of screws 94 at the upper ends of its legs 92 and 93. The trigger 14 extends downward from the yoke 91.
In fact, the yoke 91 and the trigger 14 consist of a single casting, which can be referred to as the trigger body. The pusher 14 and the fork yoke 91 are therefore pivoted over a limited arc about the bolts 94 during the forward or backward movement of the pusher.
The pusher 14 and yoke 91 mechanically cooperate with the spindles 56, 57 and 66 (and the return spring assemblies associated with those spindles) to control the actuation of the valve bodies 58, 59 and 69 as follows. The legs 92 and 93 of the yoke 91 are provided with longitudinal recesses 95 and 96 through which the spindles 56 and 57 extend movably (see FIGS. 3 and 4). These legs also have on their rear side with the recesses 95 and 96 concentric recesses which form seats for annular tension disks 97 and 98 which are slidably mounted on the spindles 56 and 57. These tension disks are provided with adjusting screws or the like, not shown, so that they can be fixed in the desired position on the spindle concerned.
Furthermore, the pusher 14 is provided in the region of its connection point with the yoke 91 with an opening 99 through which the spindle 66 extends movably. The back of the lever is provided with a recess which is concentric with the recess 99 and which forms a seat for an annular pulling disc 100. This is slidably mounted on the spindle 66, but like the tension disks 97 and 98, it is provided with an adjusting screw or other device for locking the disk in the desired position on the shaft.
The tension washers 97, 98 and 100 are set on the spindles 56, 57 and 66 in such a way that they are arranged slightly behind the yoke 91 and the pusher 14 when this is in its front, non-pressed position in which the valve body 56, 57 and 69 are in the closed position, i.e. H. rest against their valve seats.
To open the valves, the pusher 14 is pushed or pulled backwards so that the tension disks 97, 98 and 100 come to rest on the seats provided for them in the yoke 91 and the pusher 14. If the trigger is then pushed further backwards, the tension disks 97, 98 and 100 and with them the spindles 56, 57 and 66 and the valve bodies 58, 59 and 60 move backwards against the action of the return springs 86, 87 and 70, so that the said valve bodies stand out from their seats. To close the valves, the trigger 14 is released so that the return springs 86, 87 and 70 press the valve body into the closed position against its seat. At the same time, the pull washers 97, 98 and 100 move forward and move the yoke 91 and the pusher
14 in the front position.
If it is desired for a reason to be explained, the tension disks 97, 98 and 100 can be arranged on the spindles in such a way that when the pusher is withdrawn, the yoke and the pusher engage the individual tension disks at different times. In this case, the valves open in the order in which the pulling disks are attacked. After releasing the trigger, the valves are closed in the reverse order to opening.
At its lower end, the pusher 14 has a forward projection 101 which is intended to prevent the operator's fingers from inadvertently searching off the end of the pusher. A second lug 102, which extends forwardly from the handle 12 and which is located just below the lug 101 when the trigger 14 is pushed completely back, is intended to prevent the fingers of the operator holding the device holding the device from sliding up the handle and clamped between the handle and the trigger 14.
So that the pistol can be hung or fastened in a simple manner, for example on the frame of the metering device, when not in use, the pistol is provided, for example, with a hook 103 which extends upwards from the rear barrel part 11.
The head piece 13, which has a transition piece 110, a nozzle 111 and an air cap 112, is fastened to the front end of the running part 10. The transition piece 110 is provided with a rearward-facing cylindrical extension 113, the outer diameter of which is only less than the inner diameter of the extension 31 of the running part 10, so that the extension 113 can be arranged in the extension 31 with a sliding fit. In the cavity formed by the extension 110, the outer ring 20 of the mixing arrangement is arranged, for example in a press fit, in which the rollers 18, the cage 19 and the inner ring 17 rotate or revolve in the mixing chamber. The front running part 10 and the transition piece 110 are assembled with the outer ring 20 in place in such a way that the end faces of the outer ring bear against the transition piece 110 and the running part 10 as shown.
The outer ring is surrounded by an O-ring 114 between the extension 113 and the front face of the running part 10.
The rear surface of the transition piece 110 is provided with a conical recess which forms a compression chamber 21. The t: transition piece 110 also has a central channel 22 and on its front side a threaded socket into which a part of the nozzle 111 provided with a mating thread is screwed. This nozzle has a central channel 23 which has the same diameter as the channel 22 and ends in the outlet opening 24 at the front.
According to FIG. 4, the transition piece 110 is provided on its underside with a rib 115 which extends backwards beyond the transition piece to the contact with the front end of the rib 64 when the transition piece 110 and the running part 10 are assembled. The entire length of the rib 115 is penetrated by a channel 116, which is slightly larger in diameter than the chamber 65. In the transition piece, a right-angled channel 117 is provided which, as shown, extends upward from the channel 116 through the rib 115 into the Transition piece 110 and then extends forward into the annular chamber 25, which is partially delimited by the externally threaded forward extension 118 of the transition piece 110 (FIG. 3).
In the assembled state, the transition piece 110 is releasably held by the hollow bolt 119 in the front running part 10, which extends rearward into the channel 116 of the rib 115. The rear end 120 of the bolt 119 is threaded and extends into a counter-threaded socket formed in the rib 64 at the front of the chamber 65. The shaft of the bolt 119 forms a cavity 121, at the rear end of which the conical valve seat 122 is arranged, which cooperates with the valve body 69. To the center of the shaft of the bolt 119 this is offset on the outside; this stepped part forms an annular chamber 123 with the wall of the channel 116. Openings 124 in the stepped part of the shaft connect the cavity 121 to the chamber 123.
In front of the part of the bolt 119 delimiting the chamber 123, the shaft of the bolt is provided with an annular groove in which an O-ring 125 is arranged. Behind the stepped part, the shaft is provided with a similar groove in which a further O-ring 126 is arranged.
The nozzle 111 is surrounded by the ring-shaped, somewhat conical air cap 112 concentric with it, which is attached to the transition piece 110 with the aid of an internally threaded knurled ring 130 which surrounds this cap and is attached to the threaded extension 118 of the transition piece 110 is screwed on. At the front end of the air cap 112, two diametrically opposed wing tips 28 are provided which are penetrated by channels 27 which are in communication with the annular chamber 25 which is delimited by the inner wall of the air cap 112 and the outer circumferential wall of the nozzle 111. These channels 27 terminate at the front surface of the wing tips 28 and extend at an angle to the axis of the assembly.
From the above description of the mixing and application device it can be seen that to replace the roller bearing used as a mixer it is only necessary to unscrew the bolt 119, separate the transition piece 110 from the front running part 10 and then the inner ring and with it the cage 19 and remove the rollers 18 from the shaft 16. For further dismantling, the air cap 112 is removed from the transition piece 110 by removing the ring 130.
The front barrel part 10 can be unscrewed from the rear barrel part 11 after the valve body and spindles 56 and 57 have been removed. For this purpose the tension disks 97 and 98 are loosened and the sleeves 82 and 83 and 54 and 55 are removed. (If necessary, the larger valve body 58 can be removed from the spindle 56 to which it is screwed.) The reassembly is of course in the reverse order to the assembly.
When this mixing and application gun is in operation, the reactants flow out of the hose 47 (and the line L) and the hose 48 (and the line L ') into the gun. To drive the compressed air motor M, a hose is connected to the connection C, which comes from a compressed air source.
As soon as this connection is made, this motor starts running. This means that the motor M works independently of the actuation of the trigger 14. If atomization of the mixed reactants is desired, as in the case of foam spraying according to the present exemplary embodiment, compressed air flows from the hose 72 (and a supply line connected to the screw connection 71) into the gun. When it is desired to mix the reactants with the mixer and applicator and apply them in place, the trigger 14 is pushed or pulled so that the valves 58, 59 and (if atomizing air is used) 69 are opened.
The material entering the gun through the hose 47 passes through the inlet opening 43, the chamber 37, the annular space between the lifted valve body 58 and its seat 52, the channel 39 and finally the inlet opening 33 into the mixing chamber. The material fed through the hose 48 of the gun enters the mixing chamber through the inlet opening 44, the chamber 38, the annular space between the lifted valve body 59 and its seat 53, the channel 40 and finally the inlet opening 34. Compressed air supplied to the gun via the hose 72 passes through the screw connection 71, the chamber 65, the annular space between the lifted valve body 69 and its seat 122, the cavity 121, the openings 124 and the chamber 123, the channel 117, the annular space 25, the outlet opening 24 and optionally the channels 27.
As already mentioned, the tension disks 97, 98 and 100 can be adjusted from their spindles in such a way that the yoke 91 and the pusher 14 engage the tension disks at the same time, so that the valves open simultaneously when the pusher is pulled. The tension disks can, however, also be arranged in such a way that the yoke 91 and the pusher 14 engage the tension disks one after the other in any desired order, so that the valves open in the desired order. The pulling disc, on which the pusher 14 first engages when it is pulled, is of course the last to be released when the pusher is released. Accordingly, the second actuated pulling disc is released as the second and the pulling disc actuated last is released as the first. When the lever is released, the valves close in the reverse order to opening.
When spraying propellants, as in the present exemplary embodiment, the tension disc 100 controlling the valve body 69 for the air valve is preferably set so that this valve body 69 is lifted off in front of the valve bodies 58 and 59, which control the supply of the reactants. The valve body 59 therefore closes the air valve when the trigger 14 is released after the valves controlled by the valve bodies 58 and 59 have closed. If the spraying process is only to be interrupted for a short time, for example a little less than a minute to several minutes, the trigger is released so far that the valves of valve bodies 58 and 59 are closed, but not so far that the air valve with the valve body 69 is closed.
The device is then automatically cleaned by means of two simultaneous operations: first, that used as a mixer and downstream, i. H. roller bearings converging towards the outlet opening 24, since the motor M continues to run independently of the pusher 14, so that the reactants are pressed out of the mixing chamber. Second, the compressed air flowing out of the opening 26 sucks in residual mixture from the chamber 21 and the channels 22 and 23 and pushes them out of the opening 24. The spraying process is therefore continued until the device is essentially empty.
Before resuming the spraying process, it may be desirable to dispense the mixture that was first released into a waste container, because this mixture always contains some mixture residues that have already solidified and whose application to the object to be sprayed or coated may be undesirable.
Furthermore, it is desirable that the tension disk controlling the catalytic converter valve with the valve body 59 is set in such a way that the valve with the valve body 59 is opened before the valve with the valve body 58 and is closed after it. Therefore, the device can be solvent-cleaned and flushed when a spray operation has been completed and the gun is not to be used for some time, for example a few hours, or when it is desired to mix and apply other reactants with this device. The line L ', through which the catalyst passes, and the valve O are removed from the screw connection 46 and replaced by a line drawn from a suitable, pressurized supply of solvent for the fresh, not yet solidified and not solidified mixtures leads here.
In the present example, this solvent can consist of n-butyl alcohol, for example. The trigger is then depressed just enough to lift the valve body 59, but not until the valve body 58 lifts, and the device is held so that the solvent is injected into a waste container during cleaning and flushing.
When the mixing and application process is resumed, all previously removed feed lines are first reconnected. A small amount of the mixture should then first be dispensed into a waste container, because residues of solvent and possibly also residues of reactants previously located in the device are mixed with this material.
If the present mixing and application gun is to be used for continuous or long-term operation, for example for the process described in Example III, it may be desirable to provide the handle 12 or the trigger 14 with a lock so that the trigger in the pressed or retracted position can be locked and the operator does not need to hold the trigger with his hand in the retracted position.
When the trigger 14 of the pistol is depressed and the valves which control the supply of the reaction media into the mixing chamber are opened, a very sudden pressure drop occurs very suddenly in the lines or hoses containing the reaction components. This is particularly important if the volume ratio between the components to be mixed is very high, as in example I. Since the pumps are connected to a common drive shaft, it takes longer for the pump P ', which is the component with the smaller volume pumps, brings the pressure in their line back to an equilibrium pressure required for operation than is the case with pump P. This can lead to complications with intermittent operation. The pressures of the reactants must be approximately the same when they enter the mixing chamber of the device.
If this is not the case, the reaction medium, which is under a higher pressure, fills the chamber and exerts a counter pressure on the other reactant, which cannot overcome this counter pressure due to its lower pressure. The reactants are therefore not mixed in the correct proportion, if any mixing occurs. If no remedial action is taken, this occurs precisely at a time when there is a considerable difference between the volumes of the components to be mixed. As explained above, this is due to the fact that the pressure increase takes longer for the smaller volume component. In addition, the pressure increase can take several minutes.
In the case of intermittent mixing and application work that occurs in practice, one cannot of course wait so long for the pressure to rise to a value that allows the reactants to be mixed again in the correct ratio.
This difficulty has now also been overcome in work in which the volume ratio between the components is very high, namely by using a one-way counter pressure valve O with a variable opening, which is arranged in the line which carries the reactant with the smaller volume. According to FIG. 7, the back pressure valve 0 with variable opening has a housing 135 with fork-shaped end parts 136 and 137. From the downstream unbranched end 139 of the valve, a cylindrical chamber 138 extends over the entire length of the housing 135, but not entirely through the opposite end portion 136.
In the vicinity of the end part 139, the housing 135 is provided with an internal thread for receiving the holding plug 140, which has a threaded socket 141 at its outer end for the threaded end of the coupling sleeve 142, shown only in FIG. 2, with which the screw connection 50 is screwed.
An outlet channel 143, which connects the socket 141 with the chamber 138, extends through the plug 140.
The end portion 136 is provided with a threaded hole for the adjusting screw 144, which determines the position of the generally dumbbell-shaped valve seat body 145. This body is provided with an O-ring 146 at both ends in order to prevent flowable media from passing between the ends of the body 145 and the wall of the chamber 138. An annular chamber 147 is therefore present on the outside of the seat body 145 between its ends and the wall of the chamber 138.
In the valve seat body 145, a cavity 148 is formed which, at its open end facing the end part 139, ends in a beveled edge that forms the valve seat 149. The middle part of the valve seat body 145 is provided with openings 150, as shown, which connect the annular chamber 147 to the cavity 148.
A helical compression spring 153 presses a valve body 151, the conical end 152 of which can cooperate with the seat 149 to form a variable opening, against this seat 149. The spring 153 is arranged between the inside of the plug 140 and the laterally extending, symmetrically spaced apart Spacer and guide members 154 are held together, two of which are shown and which also serve to hold the valve body 151 in the chamber 138 in alignment with the valve seat 149.
The laterally branched end part 137 of the housing 135 serves as an inlet connection and is provided with a socket 155 for a screw connection, not shown, to which the line L '(FIG. 2) is attached. The holder 155 is connected to the annular chamber 147 via an inlet opening 156.
The compressive force with which the valve body 151 is pressed against its seat by the spring 153 is therefore dependent on the position of the body 145 and its position on the adjusting screw 144.
The spring 153 is preferably set by means of the adjusting screw 144 to such a pressure that it can press the valve body 151 completely against the valve seat 149 when the counteracting pressure of the medium in the cavity 148 on the conical end 152 of the valve body 151 is approximately that at the Manometer G 'corresponds to the pressure of the flowing medium that is read off when the mixing gun is in operation. In the present exemplary embodiment, this pressure is approximately 10 atmospheres when using the dosing and delivery system described.
Without intending to be limited to this theory, the operation of the back pressure valve with variable opening is explained as follows: Before actuating the trigger 14 of the mixing and application gun, i. i.e., when there is no flow in lines L and L ', valve body 152 is fully seated.
When the trigger 14 of the mixing and application device is actuated, the reaction media begins to flow into the mixing chamber, so that there is an immediate, significant drop in pressure in the hoses 47 and 48 and in the polymer feed line L, which has no counter pressure valve 0. Since the pressure drop in the hose 48 continues upstream into the chamber 138 of the counter-pressure valve, the valve body 151 is suddenly lifted into the cavity 148 under the influence of the pressure acting on it. The pressure drop then propagates upstream of the valve body 151 into the cavity 148 and the line L 'until the force acting on the valve body 151 is insufficient to keep it lifted. At this time, the valve body is pressed against its seat by the force of the spring 153 and closed.
The pressure in the line L 'therefore does not fall below the pressure at which the valve body 151 reaches the closed position. However, since the pressure drop downstream of the valve body 151 is considerably greater than the pressure existing upstream thereof, the valve body is again lifted slightly from its seat, whereupon the pressure drop is propagated upstream again and the valve is closed. If these fluctuations become smaller, the valve body 151 is neither completely moved into the closed position nor completely lifted off, but only moved a little in the opening and closing direction depending on the pressure fluctuations, so that the passage opening between the valve body 151 and the valve seat 149 is reduced and enlarged becomes.
When these enlargements and reductions occur (and the time interval is very small, perhaps only about one second), the pump P 'increases the pressure in the line L'. If the rate of pressure increase caused by the pump equals the operating pressure in the line, the system is operating normally. In any case, when the trigger 14 is withdrawn, the pressure in the line L 'does not immediately drop to zero, as would be the case without the counterpressure valve 0, but rather falls just below the preset pressure up to a point on the inlet side of the counterpressure valve, in which the valve body 151 lifts (this pressure corresponds almost to the operating pressure of the device).
This counterpressure valve reduces the time required to compensate for the pressure drop to normal pressure to a few seconds, for example to about three seconds, while without the counterpressure valve in the line, the rise in this pressure takes minutes. In the meantime the pressure in the line L has risen to the normal value again and the reactants are mixed again in the correct ratio. During this short interval of a few seconds, the mixture initially obtained can be dispensed into a waste container.
The back pressure valve 0 is only necessary if the volumes used differ considerably from one another, but it is often desirable to use such a valve not only in the line of the reactant with the smaller volumes, but in all lines for supplying reaction components. The counter pressure valve 0 should be arranged as close as possible to the mixing device. The greater the distance between the valve 0 and the mixing device, the longer it takes for the pressure to rise again downstream of the valve after the pressure drop. The counter-pressure valve is therefore arranged on the gun itself and is so small and light that it does not make it much more difficult to operate the mixing and application gun.
When mixing reactants in approximately the same amounts, the counter pressure valve O may be superfluous, and it may be useful to use a memory, for example the nitrogen-filled pressure accumulator D, in order to dampen the pressure fluctuations caused by the pumps in the lines through which the reaction materials of the mixing device are fed.
In the described exemplary embodiment of the mixing process, the opening 33 through which the reaction component flows from the container A has a diameter of approximately 6.5 mm. The slightly smaller opening through which the reactant flows out of container B has a diameter of about 2.5 mm. The inner ring 17, the rollers held by the cage 19 and the outer ring 20 form a normal tapered roller bearing. For example, in the arrangement described above, a single row tapered roller bearing No. A2047 XA 2126, currently available from the Timpen Roller Bearing Company of Detroit, has a diameter of the inner ring 17 at the base (excluding the shoulder for holding the rollers) about 17 mm and at the smaller end (excluding the retaining shoulder) a diameter of about 16 mm.
The outer diameter of the outer ring 20 is approximately 32 mm. The frustoconical surface of the outer ring 20 has a diameter of approximately 22 mm at the base and a diameter of approximately 16 mm at the smaller end. The depth of the inner ring 17 is about 13 mm, that of the outer ring 20 about 8 mm. The distance between the mixing zone and the opening 24, i. H. the total length of the chamber 21 and the channels 22 and 23 through which the mixture passes after leaving the mixing zone and before being dispensed from the device is approximately 4 cm. The time required for the mixture to dispense from the opening 24 after mixing in the mixing chamber depends, of course, at least in part on the distance between the mixing assembly and the opening 24.
Therefore, by changing this distance by changing the length of the nozzle 111 and the dimensions of the parts surrounding the nozzle accordingly, the degree of reaction of the mixed materials from their discharge from the opening 24 can be controlled to a considerable extent.
The mixing and application gun described here is only intended for mixing two reactants consisting of several components, but with the addition of additional inlet openings, valves, valve return assemblies, etc., more than two reactants can of course also be processed, as can be seen from the description above. If, in view of the nature of the reaction materials, a relatively long mixing time is required, two or more roller bearings can optionally be arranged one behind the other in the mixing and application device. Fig. 8 shows two roller bearings connected in series.
The shaft 16a extends through the additional inner ring 17 'and into the inner ring 17, which is fixedly but releasably attached to the shaft and rests against the inner ring 17'. Similar to the first mixing arrangement, the inner ring 17 'is surrounded by rollers 18' which are held at a distance from one another by the cage 19 '. The barrel extension collar 160 contains a rearward extension 161, which has the same radial thickness and the same diameter as the extension 113 of the transition piece 110. This extension 161 holds the outer ring 20 in the sliding fit, and its rear edge rests on the O-ring 114, the the outer ring 20 surrounds.
A radially inward flange 162 abuts the front surface of the outer ring 20 and the rear of the outer ring 20a and fills the space between these outer rings so that they are longitudinally in proper relation to the corresponding inner rings and rollers. The barrel extension collar 160 is also provided with a forward extension 163, which has the same radial thickness and the same diameter as the extension 31 of the front running part 10. The extension 113 of the transition piece 110 holding the outer ring 20a is therefore arranged in a sliding fit on the extension 163. The outer ring 20a is surrounded by an O-ring 164 between the extension 113 and the shoulder 145 of the collar 140.
For each additional roller bearing to be used, one therefore only needs to use a longer shaft, also an inner ring with rollers and cage and a barrel extension collar with an outer ring contained therein and an O-ring.
Only one other component of this mixing device needs to be changed. The shaft of the bolt 119 behind the rear O-ring 126 must be lengthened accordingly (according to the length added as a result of the additional roller bearing) so that its threaded end 120 and valve seat 122 reach sufficiently far back into the chamber 65 and the rib 64.
Details of the diisocyanate mixture used in Example I:
The prepolymer of toluene diisocyanate and castor oil used in Example I is prepared as follows:
Castor oil (quality AA) 36.4 parts by weight
Polyethylene glycol,
Molecular weight 600 18.2 parts by weight
2,4-toluene diisocyanate 45.4 parts by weight
100.0 parts by weight The 2,4-toluene diisocyanate is introduced into a reaction vessel which is provided with a temperature indicator, a water jacket and means for introducing hot and cold water into this jacket. The castor oil and the polyethylene glycol are mixed separately with one another and then slowly added to the 2,4-toluene diisocyanate, which was previously heated to about 30.degree.
The contents of the kettle are heated during the addition; At the same time, cold water is pumped through the jacket of the kettle in order to keep the temperature of the reaction mixture at about 100-1100 ° C.
After the exothermic reaction is complete, stirring is continued. This complete implementation can be recognized by a temperature drop in the batch. By introducing hot water into the jacket, the temperature of the batch is kept at about 1000 C until the samples of the prepolymer taken from the batch have the desired viscosity of 12,000-20,000 at 380 C.
Example II
In another example of the use of the device for mixing and applying reaction partners consisting of several components, a liquid polymer mixture consisting of polyalkylene polysulfide, which is available in liquid form under the name Thiokol
LP-2 from Thiokol Corp. in Trenton, New Jersey, USA, in a mixture with carbon black, phenolic resin and stearic acid, for example in the form of a commercial composition, as described in an article by JS Jorczak and EM Pettes under the title Polysulfide Liquid Polymers in Industrial and Engineering Chemistry , Volume 43, p. 324,
February 1951, is described in detail. In the tank
B is a mixture consisting of 7.5
Parts by weight of lead peroxide, 0.75 parts by weight
Stearic acid and 0.75 parts by weight dibutyl phthalate.
These materials are ball milled for 24 hours to uniformly disperse these materials. The positive displacement pumps P and P 'are controlled in such a ratio to each other that 100 parts by volume per 10 parts by volume from the container B (141: 20 parts by weight) are delivered from the container A to the mixing zone.
Otherwise, the procedure according to this example is the same as that described for the diisocyanate composition given above. In some cases, in which atomization or spraying is not desired, for example if the mixed reactants are to serve as a sealing compound, the opening 24 or even the opening 22 (if modified accordingly) can be connected to a spray or sealing nozzle.
This device for mixing and applying reaction partners consisting of several components is particularly useful in those cases in which relatively thin films are to be applied and cured in place.
This applies e.g. For resin films such as those used in coated emery paper, multilayer materials such as plywood, paints and so on. Many materials, for example epoxy compounds, reactive phenolic compounds, etc. react in monomeric or polymeric form when they are used together with certain hardeners (crosslinking agents), whereby they harden quickly or begin to harden and a solid, hard, tough, tough and resistant state accept.
Many of the accelerators that are most advantageous from the standpoint of rapid hardening of the applied resin composition cannot be used with these resins in industrial operations because the resin compositions obtained, if they are present in large quantities, only have an extremely short useful pot life (often only a few minutes or seconds), which prevents their use in conventional batch coating processes. On the other hand, the known continuous mixing processes cannot be used because the resin and the accelerator must be mixed intimately and thoroughly with one another. The invention enables the use of extremely fast acting accelerators for such curable resin materials.
The following examples illustrate some of these application forms of the process according to the invention.
Example 111
A very flexible, coated emery paper, which is very suitable for light woodworking work, can be produced by the mixing and application process according to the invention. A liquid epoxy material is placed in the container A and a quantity of a liquid hardener (diethylenetriamine) is placed in the container B. The positive displacement pumps P and P 'are controlled with respect to each other so that they dispense 100 parts by volume of the resin from the container A per 15 parts by volume of the accelerator from the container B (100: 12 parts by weight).
In this example, the curable reaction product of bis-phenol A and epichlorohydrin is used with an epoxy equivalent weight of the order of 185-200 and a softening point of 100 C, as it is from the Union Carbide Plastics Company, Division of Union Carbide Corp. is supplied under the name Bakelite ERL-2774, introduced into the container A.
While this material is often referred to as a resin, it consists predominantly, if not essentially, entirely of monomeric material.
A sheet or web of flexible paper, which is to serve as a carrier for the emery paper to be produced, is continuously passed between two pinch rollers that are driven, whereby it is coated on one side. Above the gap between the two squeeze rollers, the mixing and application device is arranged, at the outlet end of which a spray nozzle is attached. Atomizing air is not used.
The feed speed of the paper backing and the distance between the squeegee rollers are set in relation to the amount of the intimately mixed, thin resin mass delivered by the mixing device (the device according to FIG. 1) so that a narrow resin bead is constantly above the two squeegee rollers the entire width of the substrate is present when the coating weight of the applied resin is about 2.2 mg / cm2.
If necessary, the resin material can be fed continuously to the squeegee rollers through a plurality of mixing devices which are arranged transversely to the length of the paper web at intervals from one another.
320 grade abrasive grains having an average diameter of 35 microns are then applied to the wet, coated surface using known techniques. Such a method is described, for example, in U.S. Patent No. 2318 570 (Carlton, corresponding Canadian Patent No. 419239). The coating weight is 5.9 mg / cm2. The abrasive-coated sheet can then be hung up in the manner of a girl and the resin composition can be cured in an oven at a moderate temperature of for example about 820 ° C. for a relatively short time, for example about 10-12 minutes.
Then a top layer of the same compound consisting of epoxy resin and accelerator or, preferably, an even faster reacting compound, for example a compound whose accelerator consists of 95% of the above-mentioned amine and 5% thio-urea, is applied to the abrasive-coated surface, with 10 Parts by weight of the accelerator can be used per 100 parts by weight of the aforesaid epoxy resin. The working method is the same as described for the application of the base layer. The coating weight of the top layer is about 3.8 mg / cm2. The emery paper can then be hung in a garland-like manner in an oven.
When using the method according to the invention, however, this is often not necessary if the covering layer consisting of resin reacts sufficiently quickly. The cured sheet material can be rolled up into supply rolls.
The garland-like suspension can be avoided both during the hardening of the binding or base layer and during the hardening of the top layer if one uses rapidly reacting components and the mixing and application method according to the invention. If curing beyond that which occurs rapidly at room temperatures is desired, this can be accomplished by a brief extended reaction or curing according to the method described in U.S. Patent No. 2405 191 (Davis, corresponding Canadian Patent No. 436 119).
The compound used in the present example for the base and top layer of the emery paper, consisting of the resin and the accelerator, has such a short pot life that when the two components are mixed in the specified proportions in large amounts of about 4 liters or more of the epoxy resin, which is a very small amount with the usual coating methods, the mass begins to harden quickly almost before thorough mixing is achieved. Sometimes the reaction is even dangerously exothermic.
In practical technical operation, such a rapidly curing resin composition cannot be used according to the previous methods.
The method according to the invention can also be used on resin compositions with a relatively long pot life of, for example, several hours, in which the viscosity of a given batch gradually increases over time due to the progressive curing of the resin, so that the problem of uniform uniformity over several hours of the coating is created. At
Using the mixing and application process according to the invention, not only is the resulting viscosity of identically mixed resin compositions uniformly maintained for an unlimited period of time, but any desired resin temperature can also be used, so that viscosities are obtained at which optimum coating conditions are given.
In the case of such resin compositions, the temperature had to be kept relatively low in order to extend the pot life, so that solvents were required in order to obtain the desired low viscosities for the coating process. It has been shown that the invention can also be used for the production by chemical processing of various reactants, for example for the rapid, continuous polymerization reaction of isobutylene by mixing the monomer, isobutylene, with a complex compound of diethyl ether and boron trifluoride in suitable proportions and at low temperatures ; and in the continuous gelling process, as is the case in the production of fats by the reaction of a fatty acid, an oil and an alkaline compound in an intimately mixed state and in the desired proportions.
Example IV
The invention is also ideally suited for mixing paints, for example paints based on epoxy resin, which solidify very quickly after the addition of the correct hardening agent.
An example of such an application is the application of paint to roads. In this case, quick-drying or hardening paints are preferred so that traffic obstruction is reduced to a minimum.
The container A can contain, for example, a mixture of 60 parts of epoxy resin (the reaction product of epichlorohydrin and bis-phenol A with an epoxy equivalent weight in the order of magnitude of 450-525 and a softening point of 700 ° C., as it is, for example, from Shell Chemical Corporation under the name Epon 1001), 30 parts of xylene, 30 parts of methyl isobutyl ketone, 68 parts of a pigment, for example the coprecipitate of CaCO3 and TiO2, as is available from Titatium Pigment Corp., New York, USA, a subsidiary of National Lead Co. under the Designation Titanox RA-50 is supplied, and contains 17 parts of zinc oxide (as pigment).
The ingredients have previously been intimately mixed with a high-speed mixer, for example a Lightnin mixer, such as that supplied by Mixing-Equipment Co., Inc. of Rochester, New York, USA. The container B is said to contain a resin, namely a 70 percent solution of a liquid condensation product of an amine with a dimer acid in 4: 1 xylene-butanol, as it is supplied by General Mills, Inc. under the name Versamid 115. The
Positive displacement pumps P and P 'are controlled with respect to each other so that they deliver 170 parts by volume from container A per 40 parts by volume from container B (205: 32.5 parts by weight) to the mixing zone.
Otherwise, the procedure in the present example is identical to that described in Example I. The device described not only causes a thorough mixing of the stoichiometric proportions of the reactants from container A with those from container B, so that the curing results in a product with optimal properties, but also the pigment materials contained in the product, which are from the Lightnin- Mixers are not sufficiently dispersed, are uniformly and thoroughly dispersed throughout the mass, even if each subset of the reaction materials remains only for a short time, for example a fraction of a minute or often even a fraction of a second, in the mixing zone of the mixing and application device according to the invention.