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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Mischkopf mit verbesserter Mischungsleistung und eine Austragsvorrichtung für denselben, insbesondere wobei in einem zur Austragung der zu mischenden Rohmaterialien dienenden Strömungsweg des Mischkopfs ein Drehkörper eingebaut ist, der einen Teil des Strömungswegs übernimmt, so dass ein durch das schräge Verdrehen des Drehkörpers entstehender Halsabschnitt eine günstige Mischung der Materialien bewirken kann.
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Stand der Technik
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Der Mischkopf ist eine Vorrichtung zur Mischung zwei oder mehrerer Arten von Rohmaterialien, welche so ausgebildet ist, dass sie mittels einer Hochdruckdüse die zwei oder mehreren Arten von Rohmaterialien einspritzt, und dadurch diese gegeneinander gestoßen werden können. Solcher Mischkopf ist viel für einen Herstellungsbereich verwendet, bei dem ein Polyurethanschaum hergestellt werden kann, indem Polyol und Isocyanat unter hohem Druck eingespritzt werden und danach ein daraus resultierendes, gemischtes Material in eine Gießform injiziert wird.
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Da innerhalb des Mischkopfs miteinander zu mischende Rohmaterialien im kurzen Abschnitt bis zur Austragung einen günstigen Mischungszustand bilden müssen, gab es bisher viele Versuche, einen Mischungswirkungsgrad dadurch zu verbessern, dass neben einer Mischkammer, in der zwei oder mehrere Arten von Rohmaterialien unter hohem Druck eingespritzt und so miteinander gemischt werden, eine separate Wirbelkammer ausgebildet ist und auch zusätzliche Einrichtungen separat vorgesehen sind.
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1 ist im
Südkoreanischen, eingetragenen Patent Nr. 10-0368178 aufgezeigt und zeigt einen Aufbau eines herkömmlichen Mischkopfs
1 zur Herstellung eines Polyurethanschaums.
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Unter Bezugnahme auf den Mischkopf 1 gemäß der 1, wird ein Reinigungskolben 6 rückwärts bewegt, und danach geht auch ein Mischkammerkolben 3 rückwärts, so dass mittels einer jeweiligen Einspritzdüse 4 jeweils ein Polyol und ein Isocyanat unter hohem Druck z.B. etwa 150 bar in eine Mischkammer 5 eingespritzt werden.
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Dann werden das unter hohem Druck eingespritzte Polyol und Isocyanat innerhalb der Mischkammer 5 stark gegeneinander bzw. an die Wand gestoßen und somit unter Ausbildung von Wirbeln und Turbulenzen miteinander gemischt.
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Die so primär gemischten Rohmaterialien werden, wie in 2 gezeigt ist, durch einen zwischen einem Ende 6a des Reinigungskolbens 6 und einem Ende einer Wandfläche der Mischkammer 5 ausgebildeten Halsabschnitt 8 hindurch passiert, und somit unter erneuter Ausbildung der Wirbel und der Turbulenzen miteinander gemischt. Das so gemischte Gemisch wird durch einen Austragsströmungsweg 7 eines Austragsrohrs 2 hindurch passiert und dann in eine Gießform injiziert. Wird eine erforderliche Menge in die Gießform injiziert, dann wird der Mischkammerkolben 3 und danach auch der Reinigungskolben 6 vorwärts bewegt, so dass ein Rückstand innerhalb des Mischkopfs 1 vollkommen sauber in die Gießform injiziert wird.
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Auch beim Aufbau eines solchen herkömmlichen Mischkopfs 1 wird eine ausreichende und befriedigte Mischung zwischen den Rohmaterialien jedoch nicht erreicht, wobei eine Mischungsleistung zur homogenen Mischung der Rohmaterialien ein wichtiger Faktor ist, der die Qualität eines Schaumproduktes bestimmt.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe der Erfindung
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Die Erfindung wurde hinsichtlich der oben genannten Gesichtspunkte angemeldet. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Mischkopf zur Mischung und Austragung von mehreren fließenden Rohmaterialien, insbesondere einen Mischkopf mit verbesserter Mischungsleistung und eine Austragsvorrichtung für denselben zu schaffen, mittels welches und mittels welcher die Mischung der Rohmaterialien noch effizienter und günstiger erfolgen kann.
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Lösung der Aufgabe der Erfindung
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Dementsprechend ist erfindungsgemäß ein Mischkopf zur Mischung und Austragung von mehreren voneinander unabhängig zugeführten Rohmaterialien vorgeschlagen, welcher umfasst:
ein Mischelement, das aus einer Mischkammer, zumindest einem Zuführ- und einem Rücklaufanschluss, wobei diese beiden Anschlüsse jeweils für jedes der Rohmaterialien an der Mischkammer ausgebildet sind, und einem Mischkammerkolben, in dem eine Längsrichtung entlang an einer Seitenfläche ausgebildete Rücklaufnut mit bestimmter Länge ausgebildet ist und der sich innerhalb der Mischkammer gleitend bewegen kann, besteht, wobei der Mischkammerkolben zwischen einer Stellung, in der die mehreren Rohmaterialien der Mischkammer zugeführt werden, und einer anderen Stellung, in der die Rücklaufnut den Rücklaufanschluss mit dem Zuführanschluss verbindet, und so die über den Zuführanschluss zugeführten Rohmaterialien in den Rücklaufanschluss fließen, hin und her gleitet; und
ein Austragselement, das einen Austragsströmungsweg, der die Mischkammer überkreuzt und mit dieser verbunden ist, so dass die Rohmaterialien zur Austragung innerhalb des Austragsströmungswegs fließen, und einen Reinigungskolben, der so ausgebildet ist, dass durch das Gleiten dieses Reinigungskolbens eine Rückwärtsbewegung, mittels der die Rohmaterialien aus der Mischkammer in den Austragsströmungsweg eingeleitet werden, und eine Vorwärtsbewegung, mittels der die im Austragsströmungsweg verbleibenden Rohmaterialien in eine Austragsöffnung hineingedrängt werden, erfolgen können, aufweist, wobei der Mischkopf dadurch gekennzeichnet ist, dass er ferner umfasst:
einen Drehkörper, der mit einem einen Teil der Mischkammer bzw. des Austragsströmungswegs übernehmenden Durchströmungsweg versehen ist, und der so verdreht wird, dass der Durchströmungsweg derart auf einen gewissen Winkel geneigt werden kann, dass im Austragsströmungsweg Halsabschnitte ausgebildet sind, durch die hindurch die mehreren Rohmaterialien passiert werden; und
einen Treiber, der zur Verdrehung des Drehkörpers dient.
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Ferner ist gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ein Mischkopf zur Mischung und Austragung von mehreren voneinander unabhängig zugeführten Rohmaterialien vorgeschlagen, wobei der Mischkopf dadurch gekennzeichnet, dass er umfasst:
ein Mischelement, das eine Mischkammer und zumindest einen Zuführanschluss, der jeweils für jedes der mehreren Rohmaterialien ausgebildet ist, damit diese der Mischkammer zugeführt werden können, aufweist;
ein Austragselement, das einen Austragsströmungsweg, der mit einer Mischkammer verbunden ist, so dass die Rohmaterialien zur Austragung innerhalb des Austragsströmungswegs fließen, und einen Reinigungskolben, der so ausgebildet ist, dass durch das Gleiten dieses Reinigungskolbens eine Rückwärtsbewegung, mittels der die Rohmaterialien aus der Mischkammer in den Austragsströmungsweg eingeleitet werden, und eine Vorwärtsbewegung, mittels der die im Austragsströmungsweg verbleibenden Rohmaterialien in eine Austragsöffnung hineingedrängt werden, erfolgen können, aufweist;
einen Drehkörper, in dem ein einen Teil des Austragsströmungswegs übernehmender Durchströmungsweg ausgebildet ist, und der so verdreht wird, dass der Durchströmungsweg derart auf einen gewissen Winkel geneigt werden kann, dass im Austragsströmungsweg Halsabschnitte ausgebildet sind; und einen Treiber, der zur Verdrehung des Drehkörpers dient.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Austragsvorrichtung für einen Mischkopf vorgeschlagen, welche einen Austragsströmungsweg, innerhalb dessen mehrere im Mischkopf gemischte Rohmaterialien zur Austragung fließen, und einen Reinigungskolben, der so ausgebildet ist, dass durch das Gleiten des Reinigungskolbens innerhalb des Austragsströmungswegs eine Vorwärts- und eine Rückwärtsbewegung erfolgen können, aufweist, wobei die Austragsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen Drehkörper, in dem ein Austragsströmungsweg, innerhalb dessen die Rohmaterialien zur Austragung fließen, und ein einen Teil des Austragsströmungswegs übernehmender Durchströmungsweg ausgebildet sind, und der so verdreht wird, dass der Durchströmungsweg derart auf einen gewissen Winkel geneigt werden kann, dass im Austragsströmungsweg Halsabschnitte ausgebildet sind, und einen Treiber, der zum rotierenden Antreiben des Drehkörpers dient, aufweist.
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Effekt der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Mischkopf hat folgende Effekte:
Erstens ist erfindungsgemäß ein einen Teil einer Mischkammer bzw. eines Austragsströmungswegs übernehmender Durchströmungsweg so ausgestaltet, dass er durch das Verdrehen eines Drehkörpers, in dem der Durchströmungsweg vorgesehen ist, auf einen gewissen Winkel geneigt werden kann, so dass ein jeweiliger Halsabschnitt jeweils vor und nach dem Durchströmungsweg des Drehkörpers ausgebildet werden kann. Somit können mehrere miteinander gemischte Rohmaterialien durch mehrere Halsabschnitte hindurch passiert werden und so einen günstigen Mischungszustand erreichen.
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Zweitens ist es erfindungsgemäß möglich, dass je nach dem Neigungswinkel eines im Austragselement eingebauten Drehkörpers eine Breite eines im Durchströmungsweg ausgebildeten Halsabschnittes verstellt wird, so dass auch die gesamte Regelung nach den Eigenschaften der Rohmaterialien ermöglicht wird. D.h. falls die Rohmaterialien einen sehr homogenen Mischungszustand ausbilden müssen, oder nicht günstige Mischungseigenschaften aufweisen, wird der Drehkörper noch schräger geneigt und somit die Breite des Halsabschnittes verkleinert, so dass auftretende Wirbel und Turbulenzen erhöht werden. Werden die Rohmaterialien dagegen in ihren Eigenschaften noch besser miteinander gemischt, dann wird der Drehkörper noch weniger verdreht und somit die Breite des Halsabschnittes vergrößert. Beim breiten Halsabschnitt kann eine gute Strömung auch unter niedrigem Druck erreicht werden.
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Drittens ist ein Drehkörper erfindungsgemäß in einem Austragsströmungsweg eingebaut, innerhalb dessen sich ein Reinigungskolben bewegt, wobei jedoch die Betätigung zwischen einem Neigungs-Antriebszustand des Drehkörpers, der zur Mischung der Rohmaterialien bedient, und einem Rücklauf-Antriebszustand, bei dem der Durchströmungsweg des Drehkörpers und der Austragsströmungsweg zur Reinigung miteinander übereinstimmen, durch einen sehr einfachen Aufbau implementiert werden kann. Folglich muss eine gesamte Größe des Austragsströmungswegs nicht unnötig vergrößert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 einen Aufbau eines herkömmlichen Mischkopfs in einer Schnittdarstellung,
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2 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Mischungswirkung von zugeführten Rohmaterialien gemäß des Mischkopfs der 1,
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3 einen Aufbau eines Mischkopfs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Schnittdarstellung,
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4 einen Aufbau eines Drehkörpers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung,
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5 einen anderen Aufbau des Drehkörpers gemäß der Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung,
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6 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Wirkung des Mischkopfs gemäß der Ausführungsform der Erfindung,
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7 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Mischungswirkung von Rohmaterialien innerhalb des Mischkopfs gemäß der Ausführungsform der Erfindung,
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8 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Wirkung eines Reinigungskolbens innerhalb des Mischkopfs gemäß der Ausführungsform der Erfindung,
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9 einen Aufbau, bei dem zwei Mischelemente in einem Austragselement eingebaut sind, gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung in einer Schnittdarstellung,
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10 einen Aufbau eines Mischkopfs gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer Schnittdarstellung,
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11 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Wirkung des Mischkopfs der weiteren Ausführungsform der Erfindung,
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12 einen Aufbau, bei dem ein Drehkörper in einer Mischkammer eingebaut ist, gemäß der weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer Schnittdarstellung, und
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13 eine Schnittdarstellung zur Veranschaulichung eines abgewandelten Aufbau eines Drehkörpers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
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3 zeigt einen Mischkopf gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, der zur Mischung und Austragung von mehreren voneinander unabhängig zugeführten Rohmaterialien dient, und insbesondere in einem Bereich effektiv verwendet wird, bei dem ein Polyol und ein Isocyanat insbesondere zur Schäumung von Polyurethan unter hohem Druck eingespritzt werden, so dass ein Mischungswirkungsgrad erhöht werden kann.
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Im Rahmen der Erfindung bedeuten die zuzuführenden und miteinander zu mischenden Rohmaterialien die Flüssigen, und umfassen auch die Rohmaterialien mit Fließfähigkeit, d.h. flüssiger Phase, wie z.B. Gel usw.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Mischkopf zur Mischung und Austragung von mehreren voneinander unabhängig zugeführten Rohmaterialien: ein Mischelement 10, das aus einer Mischkammer 12, zumindest einem Zuführ- und einem Rücklaufanschluss 13, 14, wobei diese beiden Anschlüsse zur Versorgung der Mischkammer 12 mit den mehreren Rohmaterialien jeweils für jedes der Rohmaterialien an der Mischkammer 12 ausgebildet sind, und einem Mischkammerkolben 16, in dem eine Längsrichtung entlang an einer Seitenfläche ausgebildete Rücklaufnut 17 mit bestimmter Länge ausgebildet ist und der sich innerhalb der Mischkammer 12 gleitend bewegen kann, besteht, wobei der Mischkammerkolben zwischen einer Stellung, in der die mehreren Rohmaterialien der Mischkammer 12 zugeführt werden, und einer anderen Stellung, in der die Rücklaufnut 17 den Rücklaufanschluss mit dem Zuführanschluss verbindet, und so die über den Zuführanschluss 13 zugeführten Rohmaterialien in den Rücklaufanschluss 14 fließen, hin und her gleitet; ein Austragselement 20, das aus einem Austragsströmungsweg 22, der die Mischkammer 12 überkreuzt und mit dieser verbunden ist, so dass die Rohmaterialien zur Austragung innerhalb des Austragsströmungswegs fließen, und einem Reinigungskolben 24, der so ausgebildet ist, dass durch das Gleiten dieses Reinigungskolbens eine Rückwärtsbewegung, mittels der die Rohmaterialien aus der Mischkammer 12 in den Austragsströmungsweg 22 eingeleitet werden, und eine Vorwärtsbewegung, mittels der die im Austragsströmungsweg 22 verbleibenden Rohmaterialien in eine Austragsöffnung hineingedrängt werden, erfolgen können, besteht; einen Drehkörper 30, in dem ein einen Teil einer Mitte des Austragsströmungswegs 22 übernehmender Durchströmungsweg 33 ausgebildet ist, und der aus einem Zustand, bei dem zentrale Achslinien des Durchströmungswegs 33 und des Austragsströmungswegs 22 miteinander übereinstimmen, verdreht und somit auf einen gewissen Winkel geneigt werden kann; und einen Treiber 40 zum rotierenden Antreiben des Drehkörpers 30.
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Das Mischelement 10 ist ein Bereich, bei dem die mehreren Rohmaterialien voneinander unabhängig zugeführt und somit eine primäre Mischung erfolgt. Das Mischelement 10 weist eine Mischkammer 12, zumindest einen Zuführanschluss 13, zumindest einen Rücklaufanschluss 14, und einen Mischkammerkolben 16 auf.
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Das Mischelement 10 ist ein Raum, bei dem die primäre Mischung von voneinander unabhängig eingeleiteten Rohmaterialien erfolgt, wobei es am bevorzugtesten ist, dass das Mischelement zylinderförmig ausgebildet ist.
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Der Zuführanschluss 13 spritzt mittels einer Düse die mehreren, fließenden Rohmaterialien unter hohem Druck in die Mischkammer 12 ein, wobei er bezüglich einer Vorwärtsbewegungsrichtung des Mischkammerkolbens 16 näher der Vorderseite eingebaut ist als der Rücklaufanschluss 14, und jeweils für jedes der Rohmaterialien vorgesehen ist.
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Der Rücklaufanschluss 14 ist hinter dem Zuführanschluss 13 so eingebaut, dass er mit der Mischkammer 12 verbunden ist, wobei er auch für jedes Rohmaterial korrespondierend mit dem Zuführanschluss 13 hinter diesem eingebaut ist. Der Rücklaufanschluss 14 ist so ausgebildet, dass ein über den Zuführanschluss 13 zugeführtes Rohmaterial eine Rücklaufnut 17 des Mischkammerkolbens 16 entlang eingeleitet und dann in einen Vorratsbehälter zurückgeführt wird.
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Der Mischkammerkolben 16 erhält mittels eines separaten Pneumatikzylinders eine Betätigungskraft und bewegt sich innerhalb der Mischkammer 12 gleitend vorwärts und rückwärts. Der Mischkammerkolben 16 gleitet zwischen einer Stellung, in der die mehreren Rohmaterialien der Mischkammer 12 zugeführt werden, und einer anderen Stellung, in der die Rücklaufnut 17 den Rücklaufanschluss 14 mit dem Zuführanschluss 13 verbindet, und so die über den Zuführanschluss 13 zugeführten Rohmaterialien in den Rücklaufanschluss 14 fließen, hin und her. D.h. ist es so vorgesehen, dass beim Vorwärtsbewegen des Mischkammerkolbens 16 die aus den Zuführanschlüssen 13 pneumatisch eingespritzten Rohmaterialien über die Rücklaufnut 17 des Mischkammerkolbens 16 in den Rücklaufanschluss 14 eingeleitet werden, und dass beim Rückwärtsbewegen des Mischkammerkolbens 16 die Zuführanschlüsse 13 gegenüber der Mischkammer 12 geöffnet werden, so dass jedes über den jeweiligen Zuführanschluss zugeführte Rohmaterial in die Mischkammer 12 unter hohem Druck eingespritzt werden kann.
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Die Rücklaufnut 17 mit einer bestimmten Länge ist eine Längsrichtung des Mischkammerkolbens 16 entlang an einer Seitenfläche desselben ausgebildet. Die Rücklaufnut 17 ist jeweils für jedes Rohmaterial vorgesehen, d.h. eine jeweilige Rücklaufnut ist für jedes entsprechende Paar vom Zuführ- 13 und Rücklaufanschluss 14 eingebaut.
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Ferner weist das Austragselement 20 einen mit der Mischkammer 12 verbundenen Austragsströmungsweg 22 und einen innerhalb des Austragsströmungswegs 22 gleitend betätigten Reinigungskolben 24 auf.
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Der Austragsströmungsweg 22 ist ein Raum, der aus der Mischkammer 12 die primär gemischten Rohmaterialien erhält, so dass diese dort fließen können, wobei er gleichzeitig mit der Mischkammer 12 so verbunden ist, dass er diese überkreuzen kann. Die Mischkammer 12 und der Austragsströmungsweg 22 überkreuzen sich vorteilhafterweise vertikal, wobei es jedoch möglich ist, dass sich die beiden unter einem anderen Kreuzungswinkel überkreuzen.
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Für den Austragsströmungsweg 22 ist eine Zylinderform am bevorzugtesten.
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Der Reinigungskolben 24 gleitet vorwärts und rückwärts, um die im Austragsströmungsweg 22 noch verbleibenden Rohmaterialien in eine Austragsöffnung 26 hineinzudrängen, nachdem die erfolgreich gemischten Rohmaterialien über den Austragsströmungsweg 22 endgültig in die Austragsöffnung 26 ausgetragen wurden.
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Die Mischkammer 12 und der Austragsströmungsweg 22 sind so miteinander verbunden, dass mittels der Rückwärtsbewegung des Reinigungskolbens 24 die primär gemischten Rohmaterialien aus der Mischkammer 12 in den Austragsströmungsweg 22 eingeleitet werden können. Wird ein Auswerferzylinder ferner vorwärts bewegt, dann können die im Austragsströmungsweg 22 verbleibenden Rohmaterialien durch ein Stirnende des Auswerferzylinders gedrückt und somit über die Austragsöffnung 26 ausgetragen werden.
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Des Weiteren ist der Drehkörper 30 im Austragsströmungsweg 22 eingebaut, wobei ein mehrstufiger Halsabschnitt dadurch im Austragsströmungsweg 22 ausgebildet ist, damit die primär gemischten Rohmaterialien einen noch homogeneren Mischungszustand bilden können.
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In dem Drehkörper 30 ist ein einen Teil des Austragsströmungswegs 22 übernehmender Durchströmungsweg 33 ausgebildet, wobei der Drehkörper aus einem Zustand, bei dem zentrale Achslinien des Durchströmungswegs 33 und des Austragsströmungswegs 22 miteinander übereinstimmen, verdreht, und somit so auf einen gewissen Winkel geneigt werden kann, dass in dem Austragsströmungsweg 22 ein Halsabschnitt ausgebildet ist. Durch das solche Neigen entsteht ein Halsabschnitt A in einem Punkt, bei dem der Durchströmungsweg 33 und der Austragsströmungsweg 22 miteinander zusammentreffen, wobei der Halsabschnitt A eine Bewegungsrichtung der durchgehenden Rohmaterialien verändert, so dass die Mischung zwischen den Rohmaterialien begünstigt werden kann.
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Um Herstellung und Einbau des Drehkörpers 30 zu erleichtern, ist es auch möglich, dass der Drehkörper 30 so ausgestaltet ist, dass die zentrale Achslinie des Durchströmungswegs 33 nicht mit der des Austragsströmungswegs 22 übereinstimmt. In diesem Fall ist es vorgesehen, dass der Durchmesser des Durchströmungswegs 33 größer als der des Austragsströmungswegs 22 ist, wobei der Drehkörper 30 so angeordnet ist, dass ein Reinigungskolben 24 beim Eintreten in den Durchströmungsweg 33 weder an eine Kante des Drehkörpers 30 gestoßen noch durch diesen verhindert werden kann, wie in 13 gezeigt ist.
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4 zeigt einen konkreten Aufbau des Drehkörpers 30.
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Unter Bezugnahme auf 4 ist der Drehkörpers 30 in einer Form eines kurzen Zylinders ausgebildet, wobei sich seine Drehachse 31 rechtwinkelig zu den zentralen Achslinien des Austragsströmungswegs 22 und des Durchströmungswegs 33 erstreckt. Die Drehachse 31 bildet in einer Längsrichtung der Zylinderform eine Zentralachse.
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Rechtwinkelig zur Zentralachse der Zylinderform ist der Durchströmungsweg 33 ausgebildet, wobei dieser 33 einen Teil des Austragsströmungswegs 22 bildet. Diese Ausgestaltung des einen Teils des Austragsströmungswegs 22 bedeutet, dass unterbrochene Teile des Austragsströmungswegs 22 miteinander verbunden sind, so dass sich dieser Austragsströmungsweg 22 kontinuierlich erstrecken kann. Der Durchströmungsweg 33 ist ein durchgehender, zylinderförmiger Raum.
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Um einen zylinderförmigen Drehkörper 30 in dem Austragselement 20 einzubetten, ist in diesem Austragselement ein zylinderförmiger Raum ausgebildet, dessen Durchmesser dem der Zylinderform gleich ist, wobei dadurch der Drehkörper 30 in den zylinderförmigen Raum eingesteckt ist, so dass der Drehkörper 30 im Austragselement 20 eingebaut ist, wie in der Schnittdarstellung der 3 gezeigt ist.
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5 zeigt einen abgewandelten Aufbau des Drehkörpers 30.
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Der Drehkörper ist in einer Kugelform ausgebildet, durch deren Mitte seine Drehachse 31 durchgeht, wobei ein Durchströmungsweg 33 rechtwinkelig zu der Drehachse 31 ausgebildet ist.
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Bei diesem kugelförmigen Drehkörper 30′ ist ein kugelförmiger Raum, dessen Durchmesser dem der Kugelform gleich ist, ausgebildet, damit der kugelförmige Drehkörper 30′ in dem Austragselement 20 eingebettet sein kann, wobei dadurch der Drehkörper 30′ in dem kugelförmigen Raum eingesteckt ist, so dass der Drehkörper 30′ im Austragselement 20 eingebaut ist, wie in der Schnittdarstellung der 3 gezeigt ist.
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Jedoch darf die Form des Drehkörpers 30 nicht unbedingt auf die oben genannte, wie z.B. Zylinder- oder Kugelform, beschränkt werden, sondern ist es hierbei entschieden, dass der Drehkörper so ausgestaltet ist, dass durch das Verdrehen des Drehkörpers ein Halsabschnitt im Austragsströmungsweg 22 entstehen kann, wie in der Schnittdarstellung der 3 gezeigt ist. Daher ist der Drehkörper 30 so ausgestaltet, dass sich die Drehachse 31 in Richtung rechtwinkelig zur zentralen Achslinie des Austragsströmungswegs 22 erstreckt, und ein zur Drehachse 31 rechtwinkeliger Querschnitt eine Kreisform bildet, wobei im Austragselement 20 ein Einbauraum für den Drehkörper so ausgebildet ist, dass auch ein zur Drehachse rechtwinkeliger Querschnitt des Austragselementes eine Kreisform bildet, die mit dem Querschnitt des Drehkörpers übereinstimmt, und somit dieser Drehkörper 30 im Austragselement eingebettet verdrehbar ist. Der zylinderförmige Raum und der kugelförmige Raum sind der Einbauraum für den Drehkörper.
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Der Treiber 40 dient zum rotierenden Antreiben des Drehkörpers 30, wie in 4 und 5 gezeigt ist, und weist einen Servomotor zum Verstellen eines Drehwertes auf, wobei daneben auch die Kraftübertragungsmittel, wie z.B. Drehzahlminderer zum Reduzieren der Drehzahl des Servomotors, und Zahnräder 41, 42 zum Übertragen der Drehkraft auf den Drehkörper 30, etc. vorgesehen sind.
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Der Treiber 40 wird hinsichtlich seiner Antriebsleistung durch einen Kontroller gesteuert.
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Im Folgenden wird die Wirkung eines Mischkopfs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erklärt.
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Zunächst unter Bezugnahme auf 6, befindet sich ein Reinigungskolben im Ruhezustand in einer Stellung, in der eine Mischkammer 12 und ein Austragsströmungsweg 22 miteinander verbunden sind. In dieser Stellung ist durch ein Ende 24a des Reinigungskolbens 24 ein Halsabschnitt A ausgebildet, bei dem die Mischkammer 12 und der Austragsströmungsweg 22 nur über ein enges Spaltmaß miteinander verbunden sind. Infolgedessen bewirken die fließenden Rohmaterialien durch die sprunghafte Veränderung der Bewegungsrichtungen am Halsabschnitt A eine komplexe Strömung und werden dadurch miteinander gemischt. Zusammen mit der Verstellung des Reinigungskolbens 24 bildet auch der Drehkörper 30 durch das Verdrehen auf einen mittels des Treibers 40 eingestellten Neigungswinkel die Halsabschnitte B, C, die jeweils am oberen und am unteren Ende des Durchströmungswegs 33 des Drehkörpers 30 mit dem Austragsströmungsweg 22 verbunden sind.
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Nach der erfolgreichen Verstellung des Reinigungskolbens 24 und des Drehkörpers 30 öffnet der Mischkammerkolben 16 die Zuführanschlüsse 13, so dass die mehreren Rohmaterialien über jeden Zuführanschluss 13 in die Mischkammer 12 voneinander unabhängig unter hohem Druck eingespritzt werden. Die mehreren, in die Mischkammer 12 unter hohem Druck einzuspritzenden Rohmaterialien werden aus unterschiedlichen Richtungen unter hohem Druck eingespritzt und somit gegeneinander gestoßen, so dass Wirbel und Turbulenzen auftreten, was zur primären Mischung führt.
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Die primär gemischten Rohmaterialien gehen durch den Halsabschnitt A zwischen der Mischkammer 12 und dem Austragsströmungsweg 22 durch, was durch die Veränderung der Bewegungsrichtungen der Rohmaterialien zur zusätzlichen Mischung führt.
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Nun werden die innerhalb des Durchströmungswegs 33 fließenden Rohmaterialien in den Durchströmungsweg 33 des Drehkörpers 30 eingeleitet. Da der Durchströmungsweg 33 mit dem Austragsströmungsweg 22 gebogen verbunden ist und der Halsabschnitt B zwischen dem oberen Ende des Durchströmungswegs 33 und dem Austragsströmungsweg 22 ausgebildet ist, bewirken die in den Durchströmungsweg eintretenden Rohmaterialien dabei durch die sprunghaft entstehende Veränderung ihrer Bewegungsrichtungen wiederum eine Mischungswirkung.
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Ferner werden die durch den Durchführungsweg 33 durchgehenden Rohmaterialien wieder über den Halsabschnitt C, der am unteren Ende des Durchströmungswegs 33 den Austragsströmungsweg 22 antrifft, geführt, wobei in diesem Halsabschnitt C eine zusätzliche Mischungswirkung bewirkt wird.
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In 7 ist die Wirkung solcher bewirkten Mischung gezeigt, bei der, wenn die fließenden Rohmaterialien durch die Halsabschnitte B, C am oberen und unteren Ende des Durchströmungswegs 33 durchgehen, dann die Veränderung der unterschiedlichen Strömungen eine Druckdifferenz verursacht, was zu den Wirbeln und Turbulenzen und somit zur Mischung führt.
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Daher wird ein Halsabschnitt, in dem die Rohmaterialien in einem Zustand, bei dem der Drehkörper 30 auf einem eingestellten Winkel geneigt ist, durch den Austragsströmungsweg 22 durchgehen und somit miteinander gemischt werden, jeweils am oberen und am unteren Ende des Durchströmungswegs 33 ausgebildet, so dass durch die solchen mehrstufigen Halsabschnitte B, C ein homogener Mischungszustand erzeugt werden kann.
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Dann werden die im homogenen Zustand gemischten Rohmaterialien über eine Austragsöffnung 26 ausgetragen. Falls ein Polyol und ein Isocyanat in die Mischkammer 12 unter hohem Druck eingespritzt werden, werden sie daher zur Schäumung von Polyurethan im homogenen Zustand gemischt, und danach in eine entsprechende Stellung eines Objektes zur Ausbildung vom Polyurethanschaum, wie z.B. eines Kraftfahrzeugs, elektronischer Produkte, usw. ausgetragen.
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8 zeigt zum Zeitpunkt der Vollendung der Mischung und Austragung einen Zustand, bei dem die im Austragsströmungsweg 22 verbleibenden, gemischten Rohmaterialien mittels des Reinigungskolbens 24 in die Austragsöffnung 26 hineingedrängt werden.
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Unter Bezugnahme auf 8, bewegt sich der Mischkammerkolben 16 vorwärts und drängt die in der Mischkammer 12 verbleibenden Rohmaterialien in den Durchströmungsweg 33 hinein, nachdem die Zuführung der Rohmaterialien zur Mischung durch die Zuführanschlüsse 13 unterbrochen wurde. In diesem Zustand verbinden am Seitenfläche des Mischkammerkolbens 16 ausgebildete Rücklaufnuten 17 die Zuführanschlüsse 13 mit den Rücklaufanschlüssen 14, so dass die über die Zuführanschlüsse 13 kontinuierlich unter hohem Druck zugeführten Rohmaterialien über die Rücklaufanschlüsse 14 in einen Vorratsbehälter zurückgeführt werden.
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Danach steuert der Kontroller zur Steuerung des Treibers 40 so den Drehkörper 30, dass dieser verdreht wird, bevor sich der Reinigungskolben 24 vorwärts bewegt, so dass die zentrale Achslinie des Durchströmungswegs 33 mit der des Austragsströmungswegs 22 übereinstimmen kann. Infolgedessen stimmt der Durchströmungsweg 33 mit der Richtung des Austragsströmungswegs 22 überein, so dass ein Durchgang, durch den der Reinigungskolben 24 durchgehen kann, entsteht.
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Wird die Verdrehung des Drehkörpers 30 vollendet, dann bewegt sich die Reinigungskolben 24 vorwärts, und somit drängt die im Durchströmungsweg 22 und Austragsströmungsweg 33 verbleibenden, gemischten Rohmaterialien heraus, so dass diese über die Austragsöffnung 26 ausgetragen werden.
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Nachdem die verbleibenden Rohmaterialien über die Austragsöffnung 26 ausgetragen wurden, bewegt sich der Reinigungskolben 24 rückwärts und befindet sich im Bereitschaftszustand, bis eine nachfolgende Arbeit wieder angefangen wird, wobei beim Beginnen der nachfolgenden Arbeit ein oben genannter Arbeitsvorgang, wie in 6, wieder aufgenommen wird.
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Auch die Betriebe des oben genannten Mischkammer- 16 und Reinigungskolbens 24 werden mittels des Controllers zur Steuerung des Treibers 40 gesteuert.
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Ferner zeigt 9 einen Aufbau einer anderen Ausführungsform, bei der zwei separate Mischelemente 10 mit einem Austragselement 20 verbunden sind. Im Fall dieses Aufbaus werden unterschiedliche Arten von Gemischen aus dem einen Austragselement 20 ausgetragen. Um je nach Bedarf an unterschiedlichen Arbeiten unterschiedliche Gemische alternativ auszutragen, wird ein entsprechendes der beiden Mischelemente 10 zur Herstellung jedes Gemischs angeschlossen, d.h. können die Mischelemente nur einzeln betätigt werden.
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In diesem Fall, d.h. wenn je nach den Eigenschaften der Rohmaterialien ein Rohmaterial mit einer für die Mischung nicht guten Eigenschaft aus dem einen Mischelement 10 zugeführt und somit eine entsprechende Arbeit erfolgt, dann wird der Drehkörper 30 auf großen Neigungswinkel verdreht, so dass die Halsabschnitte B, C eng ausgebildet sind. Daher kann dies zu den großen Wirbeln und Turbulenzen und somit zur noch homogeneren Mischung führen, indem die Rohmaterialien durch die relativ engeren Halsabschnitte hindurch passiert werden, während es dabei aber nötig ist, dass aufgrund eines großen Strömungswiderstandes die Rohmaterialien unter relativ höherem Druck eingespritzt werden müssen.
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Werden die Rohmaterialien mit der leicht zu mischenden Eigenschaften hingegen aus einem anderen Mischelement 10 zugeführt und erfolgt so die Arbeit, dann wird der Drehkörper 30 auf einen kleinen Neigungswinkel verdreht, so dass die Halsabschnitte B, C relativ größer ausgebildet werden. Infolgedessen, obwohl durch die Halsabschnitte hindurch die Wirbel und Turbulenzen relativ nicht so groß entstehen, kann die Mischung günstig erfolgen. Ferner können die Rohmaterialien aufgrund des kleinen Strömungswiderstandes unter relativ kleinerem Druck eingespritzt werden.
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Außerdem zeigt 10 einen Mischkopf gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Unter Bezugnahme auf 10 ist diese Ausführungsform so ausgebildet, dass das Austragselement 20 gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen gleichzeitig auch die Rolle des Mischelementes 10 spielt.
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Hier ist es dargestellt, dass das Mischelement 100 eine Mischkammer 120 und zumindest einen Zuführanschluss 130 aufweist, wobei die Mischkammer 120 ein Oberteil eines Austragsströmungswegs 220 bildet, und sich ein Reinigungskolben 240 durch die Mischkammer 120 durchgehend in den Austragsströmungsweg 220 vorwärts bewegt.
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Ferner sind die Zuführanschlüsse 130 in der Seitenfläche der Mischkammer 120 eingebaut, so dass mehrere Rohmaterialien voneinander unabhängig in die Mischkammer 120 unter hohem Druck eingespritzt werden.
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Ferner ist es hier so dargestellt, dass das Austragselement 200 einen Austragsströmungsweg 220 und einen Reinigungskolben 240 aufweist, wobei der Austragsströmungsweg 220 im Unterteil der Mischkammer 120 eingebaut ist, und so die Mischkammer 120 und der Austragsströmungsweg 220 über einen Durchgang miteinander verbunden sind.
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Der Reinigungskolben 240 kann mittels der gleitenden Rücklaufbewegung so in Richtung auf den Austragsströmungsweg 220 bewegt werden, dass die mehreren, in der Mischkammer 120 zugeführten Rohmaterialien miteinander gemischt werden, und mittels der Vorwärtsbewegung so bewegt werden, dass die im Austragsströmungsweg 220 verbleibenden Rohmaterialien in eine Austragsöffnung 260 hineingedrängt werden können.
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Der Drehkörper 300 ist, wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen, im Austragselement 200 eingebaut und so übernimmt einen Teil des Austragsströmungswegs 220. Der Drehkörper 300 wird daher durch einen Treiber 400 auf einen eingestellten Winkel rotierend angetrieben, so dass im Austragsströmungsweg 220 ein Halsabschnitt entstehen kann.
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11 zeigt einen Betätigungszustand des Mischkopfs gemäß der 10.
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Wird der Reinigungskolben 240 zunächst rückwärts bewegt und somit werden mehrere Rohmaterialien über jeden Zuführanschluss 130 der Mischkammer zugeführt, dann werden die Rohmaterialien innerhalb der Mischkammer 120 gegeneinander gestoßen, was damit zur primären Mischung führt.
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Die primär gemischten Rohmaterialien werden während der Strömung durch den Austragsströmungsweg 220 durch die vom Drehkörper 300 entstehenden Halsabschnitte vor und nach dem Durchströmungsweg 330 hindurch passiert. Die Wirkung in den Halsabschnitten ist so gleich wie oben beschrieben.
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Zum Zeitpunkt der Unterbrechung des Arbeitsvorgangs steuert der Kontroller zur Steuerung des Treibers 40 so den Drehkörper 300, dass dieser verdreht wird, bevor sich der Reinigungskolben 240 vorwärts bewegt, so dass die zentrale Achslinie des Durchströmungswegs 330 des Drehkörpers 300 mit der des Austragsströmungswegs 220 übereinstimmt. Infolgedessen stimmt der Durchströmungsweg 330 mit der Richtung des Austragsströmungswegs 220 überein, so dass ein Durchgang, durch den der Reinigungskolben 240 durchgehen kann, entsteht.
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Wird die Verdrehung des Drehkörpers 300 vollendet, bewegt sich der Reinigungskolben 240 vorwärts und so drängt die im Austragsströmungsweg 220 und Durchströmungsweg 330 verbleibenden, gemischten Rohmaterialien heraus, so dass diese über die Austragsöffnung 260 ausgetragen werden.
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Diese Ausführungsform ist so ausgestaltet, dass das Mischelement 100 mit dem Austragselement 200 verbunden ist, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung durch den einfachen Aufbau implementiert werden kann.
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Außerdem zeigt 12 einen Aufbau, bei dem ein erfindungsgemäßer Drehkörper 3000 innerhalb der Mischkammer 12 vorgesehen ist.
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Auch bei diesem Aufbau, bei dem der Drehkörper 3000 innerhalb der Mischkammer 12 vorgesehen ist, wird die Entstehung der Wirbel und Turbulenzen abgeleitet und eine homogene Mischung erreicht, da die in der Mischkammer fließenden Rohmaterialien durch die mittels des Verdrehen des Drehkörpers 3000 ausgebildeten Halsabschnitte durchgehen können, wie bei dem Aufbau der Fall ist, bei dem der Drehkörper 30 im Austragsströmungsweg 22 eingebaut ist.
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Falls sich der Mischkammerkolben 16 zur Reinigung vorwärts bewegt, wird der Drehkörper 3000 mittels des Controllers in seine Ursprungsstellung zurückgekehrt, so dass der Mischkammerkolben 16 durch einen Durchströmungsweg 3300 des Drehkörpers 3000 durchgehen kann. Im Zustand, bei dem der Drehkörper 3000 in seiner Ursprungsstellung zurückgekehrt ist, ist es am bevorzugtesten, dass eine zentrale Achslinie des Durchströmungswegs 3300 mit der der Mischkammer 12 übereinstimmt, so dass der Durchströmungsweg 3300 und ein Innenumfangsfläche der Mischkammer 12 vollständig miteinander übereinstimmen, und so einen krümmungslosen, zylinderförmigen Durchgang bilden können. Wird ein Eintreten des Mischkammerkolbens 16 in den Durchströmungsweg 3300 jedoch nicht verhindert, dann muss die zentrale Achslinie des Durchströmungswegs 3300 nicht unbedingt mit der der Mischkammer 12 übereinstimmen.
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Industrielle Verwendbarkeit
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Ein erfindungsgemäßer Mischkopf kann zur Mischung und Austragung von mehreren Rohmaterialien verwendet werden.
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Insbesondere kann die vorliegende Erfindung für einen Herstellungsbereich verwendet werden, bei dem ein Polyurethanschaum hergestellt werden kann, indem ein Polyol und ein Isocyanat unter hohem Druck eingespritzt und dann miteinander gemischt werden, und danach ein daraus resultierendes, gemischtes Material in eine Gießform injiziert wird.
