CN110180695B - 一种混合物喷射装置 - Google Patents

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Abstract

一种混合物喷射装置，能保证无摩擦和无滞后的驱动所述喷射针。设置一个膜，用于作为所述喷射针的保持元件，所述保持元件在所述位于喷射喷嘴内的喷射针接纳部中轴向地引导所述喷射针并且径向地保持所述喷射针；其中，所述喷射针位于所述混合物出口处的轴向区域，且，所述轴向区域位于所述膜和所述轴端之间的区域，没有用于支撑所述喷射针的任何元件。

Description

一种混合物喷射装置
技术领域
本发明涉及一种混合物喷射装置，所述混合物喷射装置包括一喷射喷嘴壳体，所述喷射喷嘴壳体包括至少一个混合物入口和一个混合物出口，所述位于喷射喷嘴内的喷射针接纳部中设置有可轴向移动的喷射针，所述喷射针可以抵靠所述喷射喷嘴壳体上，所述喷射针的轴端以可密封的方式位于所述喷射物出口区域中，所述喷射针与固定在所述喷射喷嘴壳体中的膜连接，所述喷射喷嘴壳体的压力室位于所述膜的一侧，所述压力室远离所述喷射针的轴端。
背景技术
混合物喷射装置应用于高压混合头，用于生产反应性塑料材料，例如聚氨酯。所述喷射喷嘴壳体中的喷嘴的基本任务是在聚氨酯的高压混合下将压力能量转换成流动能量。所述喷嘴的相应尺寸的孔用于通过混合物，从而形成了具有高流速的混合物射流，所述混合物射流被引导到混合室中与其反应配对物相遇。
通常，所述混合物射流的不同流速通过所述喷嘴的不同直径来实现，然而，在实践中，所述喷嘴使用固定的直径，通过将所述喷射针定位在部件喷嘴孔的前面，通过调节所述喷射针与所述喷嘴孔的间隙来改变所述喷嘴孔的宽度，从而实现了所述混合物射流的不同流速。
所述混合物射流的不同流速需要所述喷射针的位置在所述喷嘴的横截面中产生所需的压力，从而因此产生相应的流速。在反应性塑料材料的生产中，特别重要的是，保持液体反应混合物的预定混合流速以保证所得塑料材料的所需性能。高压泵用于产生压力并根据压力进行计量工作；因此，存在分别针对每个所需的流速精确的调整压力和所述间隙的要求。
在不同的实际案例中，对于混合物喷射装置进行了广泛的研究。德国专利编号DE100 20 157 A1，DE 10 2007 037 780 A1和DE 10 2012 106 230 A1给出了解决方案。所有这些解决方案都是基于具有可轴向移动的喷射针的混合物喷嘴，其中，所述喷射针通过装置密封组件来抵抗控制介质或外部环境，德国专利编号DE 100 20 157 A1是通过所述动态密封来实现，德国专利编号DE 10 2007 037 780 A1是通过所述波纹管来实现，德国专利编号DE 10 2012 106 230 A1是通过所述膜来实现。此外，所有这些解决方案都表明，所述喷射针在所述喷射喷嘴壳体的侧面被径向和轴向引导，以确保所述喷射针与所述喷嘴中的孔同轴地对准。
此外，上述所有已知的解决方案都需要所述喷射针尽可能无摩擦的被引导，以便能够始终精确地调整所述喷射针的所需位置，并且没有任何滞后现象。
然而，在实践中发现，所述喷射针在混合物反应室(即混合物可以到达的区域)中任何引导和承载都会产生摩擦，所述摩擦对所述喷射针的定位会产生明显的影响。
在操作期间，所述喷射针始终在所述压力室中的控制压力和所述混合物反应室中的混合物压力之间保持力的平衡，而所述混合物反应室中的混合物压力又受到所述混合物产量和所述喷嘴的开口间隙的影响。所述喷射针与所述喷嘴之间的任何微小的所述摩擦力，都会对所述力的平衡产生很大影响，从而使所述混合物压力发生变化，最终导致对计量精度产生重大影响。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种通用类型的混合物喷射装置，以保证无摩擦和无滞后的驱动所述喷射针。
本发明的解决方案在于，设置一个膜，用于作为所述喷射针的保持元件，所述保持元件在所述位于喷射喷嘴内的喷射针接纳部中轴向地引导所述喷射针并且径向地保持所述喷射针；其中，所述喷射针位于所述混合物出口处的轴向区域，且，所述轴向区域位于所述膜和所述轴端之间的区域，没有用于支撑所述喷射针的任何元件。
优选地，在所述膜和所述喷射喷嘴壳体中的所述接纳部和所述喷射针之间的所述混合物入口的轴区域中提供非中断环形间隙。
所述喷射喷嘴壳体主要包括两个在所述喷射喷嘴中径向相对设置的所述混合物入口，其中，所述喷射针的中心轴线由两个所述混合物入口之间的连接线所切割。
优选地，所述膜在其径向外部区域中在轴向方向上包括增厚部分(与所述喷射喷嘴连接)并且在其径向内部区域中包括在轴向方向上的进一步增厚，特别是在与所述喷射针的接触区域中，其中，所述膜的厚度至少部分地在轴向方向上减小，所述膜的中间区域布置在径向外部区域和径向内部区域之间。
优选地，在所述膜的两侧，所述膜至少一个表面在在中间区域的径向部分中设计为凹入的。与所述设计对应，优选地，在所述喷射喷嘴壳体中用于所述膜的中间区域的至少一个接触表面在径向横截面中设计为凸出的。因此，所述膜可以与所述喷射喷嘴中的接触表面接触，并且是最佳支撑的。
优选地，所述膜在所述喷射喷嘴中的接触表面上无应力接触所述喷射针的位置，其中所述喷射喷嘴壳体中的所述喷嘴以密封的方式接触所述喷射喷嘴壳体的区域。
本发明的一个实施例，是所述喷射针在其中一个轴端区域与所述膜连接。
另一个实施例是，所述喷射针穿透所述膜并径向支撑，但可在所述喷射喷嘴壳体中轴向移动，所述喷射针截面将所述膜延伸到远离所述混合物出口的一侧之外。本解决方案的主要优点在于，在不使轴承与组件接触的情况下，所述喷射针能够得到很好的支撑。在这种情况下，所述喷射针在所述喷射喷嘴壳体中的支撑优选地通过滚动轴承，特别是通过滚珠衬套进行。
由于本发明所提出的设计，在所述喷射喷嘴壳体中，所述喷射针在所述膜和其轴之间以及在所述混合物出口的区域中无摩擦地支撑，并且同时可以在其中轴向移动。由于所述设计，通过所述膜分别在所述喷嘴中精确地径向和轴向地支撑和引导所述喷射针。
所述喷射针处于打开位置，始终在所述混合物压力(即，反应混合物的压力)和所述压力室中的控制压力之间保持平衡，而没有其它机械力作用在所述喷射针上。所述喷射针的打开行程由相应的所述混合物的体积流速确定。
进一步地，本发明所提出的设计确保所述喷射针在所述喷射喷嘴壳体的所述接纳部的所述混合物流入和所述混合物流出侧径向居中。
优选地，在所述喷射针关闭位置，所述膜位于所述喷射喷嘴壳体的(下部)区域，使得所述膜不会受到机械污染，即没有张力。优选地，仅当所述喷射针执行轴向行程以打开所述混合物出口时，才会发生所述膜的机械变形(伸长)；进一步地，在所述膜的两侧(上方和下方)给出压力的平衡。
因此，选择所述喷射针的接收端和环形间隙之间的环形间隙的大小，使得所述喷射针在所述膜和所述混合物出口之间的轴向区域中不能接触所述喷射喷嘴壳体。然而，选择足够小的所述环形间隙使得从一侧到所述膜表面的压力下，所述膜可以保持所述环形间隙的力。
本发明的有益效果在于，本发明所提出的设计概念提供了包括所述喷射针在所述膜中轴向完全可移动地单侧悬挂，其中所述膜设计成使得所述喷射针径向居中；另外，所述喷射针在所述混合物流动中居中。
在所述混合物粘度极低和流速极低的情况下，可能会出现居于中心的所述混合物流量不足，使得所述喷射针径向偏转并开始摆动。对于这种情况，本发明根据所提到的替代设计提出了用于所述压力室中的所述喷射针的无摩擦引导(例如球衬)。所述压力室中的作用控制介质(气体或液压流体)可以任意选择；通过这样做，可以独立于所述混合物部的特性系统地确定和最小化此类导向装置的摩擦。
在所述膜上方的所述混合物射流的预期用途始终给出控制压力。由此可以区分两种操作模式：当没有给出所述混合物流时，所述喷射针关闭所述喷嘴孔，并且所述膜停留在组件侧面的所述壳体处，从而不会拉伸(零位置)。在该位置，整个控制压力使所述膜单侧带电。在所述混合物流入时，所述喷射针的位置由所述控制压力和由打开的所述喷嘴横截面引起的压力损失之间的平衡产生。在该位置，所述膜在所述混合物压力和所述控制压力之间以平衡压力游动，并且通过打开行程略微拉伸。
通常，所述膜不能承受压力差；在单侧压力下，所述膜必须在较低压力侧进行机械支撑。在所述混合物入口的区域中，在当前情况下，在所述喷嘴壳体和所述喷射针之间存在环形间隙，所述膜必须(通过相应的材料和尺寸的选择)以这样的方式设计，使得所述压力差可以无损地传递，亦即，在这个区域，所述膜必须设计得非常庞大。另一方面，要求所述喷射针必须在没有大的力的情况下执行其开启行程，所述开启行程需要所述膜在低力下具有高延伸率。然而，针对所述喷射喷嘴壳体，所述膜必须再次设计成块状，以在所述壳体的机械夹紧中提供足够的稳定性；优选地，所述膜具有复曲面增厚。因此，后面将详细解释产生的所述膜的横截面的特征形状。
在根据本发明的在所述喷射针上模制的所述膜的实际实施例中，已经证明所述喷射针在所述膜上径向和轴向非常精确地居中，并且可以以容易的方式轴向偏转。所述膜安装在所述喷射喷嘴壳体中不需要进一步的定心或甚至引导。只要所述混合物流围绕所述喷射针流动并且所述混合物流入围绕所述喷射针环形地发生，附接到所述膜的所述喷射针始终在所述壳体中处于居中的位置。因此，在打开操作模式中，所述喷射针和模制所述膜上的压力作用仅由所述控制压力和所述混合物压力产生。考虑到主要的压力，由所述膜在其最薄位置处的伸长产生的边缘拉力可忽略不计。因此，可以提供一种轴向可移动所述混合物混合射流，其几乎无滞后地调节开启行程，并且可根据所述混合物流进行再现。
附图说明
下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：
图1为本发明第一实施例的混合物混合射流的横截面图，所述喷嘴是封闭的；
图2为本发明第一实施例的混合物混合射流的横截面图，所述喷嘴是打开的；
图3为本发明第二实施例的混合物混合射流的横截面图，所
用于接收所述喷射针7的圆柱形接纳部6设置在所述喷射喷嘴壳体2中，所述喷射喷嘴壳体2可在轴向方向a上移动并且因此可以在其轴端部8处于最终位置时关闭所述混合物出口5。
所述喷射针7与所述膜9固定连接(例如硫化)，所述膜9密封地封闭所述混合物区域(即所述膜9和所述混合物出口5之间的空间)。在所述膜9的另一侧(即，“在其上方”)，设置所述压力室10，通过所述压力室10，所述控制压力可以施加到所述膜9上并因此施加到所述喷射针7上。
所述喷射针7在所述接纳部6中布置有不同的径向间隙，从而给出所述环形间隙11。
重要的是，所述膜9被设计为用于所述喷射针7的(机械)保持元件，其在所述接纳部6中沿轴向方向a引导所述喷射针7并且在所述接纳部中沿径向方向r保持所述喷射针7。因此，所述膜9与所述喷射针7的轴端8之间在所述混合物出口5的区域中的轴向区域没有用于所述喷射针7的任何支撑元件。
如图4所示，通过所述膜9的形状设计来实现所述膜9的机械引导和通过所述膜9保持所述喷射针7的方式。
如图1所示，所述混合物混合喷射器1显示在关闭位置，因此没有给出所述混合物流动。所述膜9因此在所述膜表面17处与所述混合物侧面处的壳体表面接触，从而所述喷射喷嘴壳体2中的接触表面19并且因此不会显着地拉伸(零位置)。这反映了所述膜9中的最高机械应变，由于几何设计，仅在所述喷射针7和所述喷射喷嘴
述喷嘴是封闭的；
图4为本发明通过所述喷射针和所述混合物混合射流的所述膜的横截面视图。
图中，1、混合物喷射装置；2、喷射喷嘴壳体；
3、混合物入口；4、混合物入口；5、混合物出口；
6、位于喷射喷嘴内的喷射针接纳部；7、喷射针；8、喷射针的轴端；
9、膜；10、压力室；11、环形间隙；
12、膜的径向外部区域；13、增厚部；14、膜的径向内部区域；
15、增厚部；16、中间区域；17、膜的表面；18、膜的表面；
19、喷射喷嘴壳体的接触面；20、喷射喷嘴壳体的接触面；
21、轴承(球衬)；a、轴向方向；r、径向方向；
D、膜的厚度。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例，对本发明的技术方案做详细的说明。
如图1所示，一种混合物混合喷射装置1，用于高压混合头中以生产聚氨酯。在所述喷射喷嘴壳体2中设有混合物第一入口3和混合物第二入口4，其中所述混合物在所述混合物混合喷射装置1的轴端部区域中通过所述混合物出口5分配。
壳体2中的所述接纳部6之间的间隙处发生所述膜的材料中的大的张力。
如图2所示，所述混合物混合喷射器1处于打开工作位置，其中所述混合物流量通过所述控制压力(在所述压力室10中)和所述混合物压力(所述混合物腔室之间)之间的预控制平衡来调节所述喷射针的行程(所述膜9和所述喷射针7的轴端8)。因此，所述膜9在所示的区域中被所述开口的行程拉伸。
如图3所示，给出了所述混合物混合喷射器1的替代设计，其中所述喷射针7轴向地穿过所述膜9——区别于根据图1和2的解决方案——并且到达所述压力室10(控制室)中。通过延伸到所述压力室10中的区段，所述喷射针7在此由所述喷射喷嘴壳体2中的球衬形式的轴承21支撑，从而使得所述喷射针7被更精确的引导。
实施例已经精确证明，当所述混合物流量非常小，并且所述喷射喷嘴壳体2中的所述喷射针7和所述接纳部6之间的环形间隙11中的流速非常小时，在这种操作模式中，所述混合物流对所述喷射针7的定心影响非常小或不起作用。为了避免在这种情况下所述喷射针7的摆动，借助于轴承21的所述引导可以设置在所述压力室10(控制室)中。事实上，这是一种妥协，因为任何引导都会产生摩擦，但与先前已知的解决方案相比，其具有的优点是可以独立于所述混合物的滑动特性来确定摩擦。因此，通过引导的相应技术设计并且通过添加合适的润滑剂，可以最小化摩擦以及粘滑效应的发生。因此，该解决方案还提供了一种没有任何滞后的所述混合物混合射流。
如图4所示，给出了所述膜9的优选几何设计。针对所述喷射针7，所述膜9显著增厚，所述膜的材料优选弹性体，使得所述膜不能被吸入所述喷射针7和所述喷射针之间的所述环形间隙11中。当所述控制压力仅作用于所述喷射喷嘴壳体2单侧时，所述膜9的径向内部区域14优选地在轴向方向a上具有增厚部15，所述增厚部15比所述膜9的厚度D的至少增厚50％。
所述膜9的外边缘也显著加厚，并且具有凸起，所述凸起的尺寸使得所述喷射喷嘴壳体2中的夹紧可以以这样的方式进行，从而可以安全地承载所述混合物混合喷嘴内部与周围环境之间的压差。所述膜的径向外部区域12，并且在轴向方向a(除了区域12中的增厚部13的角弧之外)测量，具有所述膜9厚度D.
在所述膜9的中心区域(在图4中表示为中间区域16)，所述膜9被强烈地收紧，使得所述喷射针7的最大打开行程所需的延伸可以用较小的力进行，并且可以承受机械过载和材料疲劳。因此，所述膜的腰部区域的选择，使得在腰部区域中所述膜的径向长度和厚部是所述喷射针的最大行程的约3至5倍。在该实施例中，所述喷射针7可以容易地轴向移动并且充分居中。中间区域16中的所述膜9的厚度D仅是所述膜9的最大厚部的一小部分(即分别在增厚部13和增厚部15的区域中)。优选地，中间区域16中的所述膜的厚度D是所述膜9的厚度的最大30％，优选最大25％(即，在增厚部13和15的区域中)。
所述膜的两个表面17和18的(至少部分)凹形设计，其设置用于分别接触所述喷射喷嘴壳体2中的(凸起的)接触表面19和20。
以上对本发明的较佳实施例进行了详细的说明，但本发明的创造并不限于本实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下，还可以做出许多同等变型或替换，这些同等变型或替换均包含在本申请的权利要求所限定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种混合物喷射装置(1)，包括喷射喷嘴壳体(2)，所述喷射喷嘴壳体(2)具有至少一个混合物入口(3,4)和一个混合物出口(5)，其特征在于，其中可移动喷射针(7)轴向(a)布置在接纳部(6)中；在所述喷射喷嘴壳体(2)中，喷射针以可密封的方式靠在所述喷射喷嘴壳体(2)上，其中轴端(8)位于所述混合物出口(5)的区域中，所述喷射针(7)与固定在所述喷射喷嘴壳体(2)中的膜(9)连接，其中压力室(10)设置在所述膜(9)侧的所述喷射喷嘴壳体(2)中，避开了所述喷射针(7)的轴端(8)，所述膜(9)设计成用于所述喷射针(7)的保持元件，其在所述接纳部(6)中轴向地引导所述喷射针(7)并且在其中径向(r)保持所述喷射针(7)，其中，所述喷射针(7)位于所述混合物出口(5)处的轴向区域，且，所述轴向区域位于所述膜(9)和所述轴端(8)之间的区域，没有用于支撑所述喷射针(7)的任何元件；
所述膜(9)在其径向外部区域(12)中沿轴向(a)包括增厚部(13)；在其径向内部区域(14)沿所述轴向(a)包括增厚部(15)；在所述径向外部区域和所述径向内部区域(12,14)之间布置有中间区域(16)；所述膜(9)的中间区域(16)的厚度(D)在轴向(a)上的截面是减小的；
在所述膜(9)的两侧，所述膜(9)的至少一个表面(17,18)在所述中间区域(16)的径向截面中设计成凹形；
用于所述膜(9)的所述中间区域(16)的所述喷射喷嘴壳体(2)中的至少一个接触表面(19,20)设计成在径向截面中凸出。
2.根据权利要求1所述的混合物喷射装置，其特征在于，在所述膜(9)和所述接纳部(6)之间的所述混合物入口(3,4)之间的所述喷嘴壳体(2)和喷射针(7)的轴向区域中设有不间断的环形间隙(11)。
3.根据权利要求1所述的混合物喷射装置，其特征在于，所述喷射喷嘴壳体(2)包括两个混合物入口(3,4)，所述两个混合物入口在所述喷射喷嘴壳体(2)中径向相对地布置，其中所述喷射针(7)的中心轴线由所述两个混合物入口(3,4)之间的连接线切割。
4.根据权利要求1所述的混合物喷射装置，其特征在于，所述膜(9)在所述喷射喷嘴壳体(2)中的所述接触表面(19)处无应力接触所述喷射针(7)的位置，所述喷射针(7)在所述混合物出口(5)的区域中以密封的方式接触所述喷射喷嘴壳体(2)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的混合物喷射装置，其特征在于，所述喷射针(7)在其轴端部其中一个区域与所述膜(9)连接。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的混合物喷射装置，其特征在于，所述喷射针(7)穿过所述膜(9)并且在所述喷射喷嘴壳体(2)中径向支承且可轴向移动，所述膜(9)的截面延伸避开所述混合物出口(5)的一侧。
7.根据权利要求6所述的混合物喷射装置，其特征在于，所述喷射喷嘴壳体(2)中的支撑所述喷射针(7)的轴承为滚子轴承(21)。
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