DE1278105B - Spritzpistole zur Erzeugung von Polyurethanschaeumen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

B29d

Deutsche KL: 39 a3-27/00

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 78 105.4-16 (J 19307)

19. Januar 1961

19. September 1968

Die Erfindung betrifft eine Spritzpistole zur Erzeugung von Polyurethanschäumen mit einer Mischkammer für die Polyurethanschaumausgangsstoffe, die mit einer Anzahl Einlaßöffnungen und mit einer Auslaßöffnung versehen ist sowie mit der Anzahl der Ausgangsstoffe entsprechenden Zuführungsleitungen.

Es wurde bereits vorgeschlagen, Polyurethanschäume, die aus Polyurethanschaum bildenden Stoffen, wie hydroxylgruppenhaltigen Polyestern oder Polyäthern und Polyisocyanaten, je nach Wunsch zusammen mit Wasser und Katalysator, hergestellt wurden, mittels üblicher Spritzpistolen mit mehreren Zuführungen zu erzeugen und an Ort und Stelle zu bringen, wobei das Polyisocyanat und das hydroxylgruppenhaltige Material an den Düsen der Spritzpistole miteinander in Berührung gebracht werden. Die auf diese Weise erzielte Mischung der Ausgangsstoffe wurde ungenügend gefunden, und der erhaltene Schaum zeigte eine zu hohe Dichte und schlechte Qualität. Es ist auch vorgeschlagen worden, diese ao Nachteile durch Verwendung einer mit einem mechanischen Rührer ausgestatteten Vormischkammer in der Spritzpistole zu vermeiden.

Obgleich das mechanische Vormischen eine genügende Gleichförmigkeit der Zuführung und daher Schäume von guter Qualität bei hoher Abgabegeschwindigkeit erzeugt, hat die Verwendung eines mechanischen Rührers bestimmte Nachteile. So kann es an der Oberfläche des Rührers zu einer Abscheidung der Reaktionspartner kommen, welche Verstopfungen erzeugt, und die Spritzpistole oder ähnliche Vorrichtung kann eine häufige Reinigung benötigen. Weiterhin vergrößern der Rührer und sein Antrieb die Größe und das Gewicht der Spritzpistole oder ähnlichen Vorrichtung, was seine Brauchbarkeit fUr viele Anwendungszwecke begrenzt.

Bekanntgeworden sind darüber hinaus auch weitere diesbezügliche Vorrichtungen, bei denen Luft nur zum Mischen in Verbindung mit der Mischkammer verwendet wird, d. h. nachdem die verschiedenen Ausgangsstoffe bereits in Berührung miteinander gebracht worden sind.

Demgegenüber arbeitet man mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Spritzpistole wesentlich einfacher dadurch, daß in jeder der Zuführungsleitungen ein an sich bekanntes Rückschlagventil vorgesehen ist, das nur den Durchfluß jedes Ausgangsstoffes in Richtung zur Mischkammer zuläßt, und daß stromabwärts von jedem Rückschlagventil je eine Inertgaszufuhr mit je einer der Zuführungsleitungen in Verbindung steht und daß schließlich jede Zuführungsleitung über eine zugehörige Einlaßöffnung in die Spritzpistole zur Erzeugung
von Polyurethanschäumen

Anmelder:

Imperial Chemical Industries Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Fincke, Dipl.-Ing. H. Bohr

und Dipl.-Ing. S. Staeger, Patentanwälte,

8000 München 5, Müllerstr. 31

Als Erfinder benannt:

Harry Edwards,

John Alexander Partridge,

Norman Shanks,

John Wilcock,

Manchester, Lancashire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 21. Januar 1960,

vom 6. Januar 1961 (2241)

Mischkammer einmündet, wobei der Abschnitt der Zuführungsleitung zwischen dem Rückschlagventil und der Mischkammer eine Vormischkammer für den einzelnen Ausgangsstoff und das inerte Gas bildet. Infolge der Wegfalls eines üblichen mechanisch wirkenden Rührers in der Vormisch- oder Mischkammer wird das Gewicht der Spritzpistole verringert und ihre Reinigungsmöglichkeit verbessert und ferner eine befriedigende Mischung der Komponenten sowie Reinigung der Mischkammer mit Hilfe des verwendeten inerten Gases bzw. Luft erreicht. Gegenüber einer anderen bekannten Vorrichtung, die mit einem tangentialen Luftstrahl statt mechanischem Rührwerk arbeitet, jedoch eine Hochdruckinjektion für die Aktivatormischung benutzen muß, wendet man bei def erfindungsgemäß ausgebildeten Spritzpistole allein die Einführung von Inertgas an. Der Wegfall des Hochdruckinjektionsgerätes, das ja kostenmäßig unerwünscht ist und technisch den Mischkopf nur komplizierter macht, läßt die Anwendung der Lehre gemäß der Erfindung besonders interessant werden.

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So ist auch bei Anwendung des tangentialen Luft- weder in einem Stück oder abnehmbar, mittels eines Stroms keine selbstreinigende Wirkung bei der be- Gewindes oder einer Zentrierzapfen- und Nutverbinkannten Vorrichtung zu erwarten, da hierdurch ledig- dung, die mittels einer Schrauben- oder Nockenvorlich die Polyurethanmischung aus der eigentlichen richtung angeklammert wird, verbunden ist. Eine oder Mischkammer ausgetrieben und nicht etwa die Mi- 5 mehrere zusätzliche Inertgaszuführungsleitungen könschung entfernt wird, die am Ende eines Arbeits- nen vorgesehen oder derart angeordnet sein, daß ein zyklus in den Durchlässen zwischen der Stelle, an der aus ihnen austretender Inertgasstrom den aus der der Aktivator in die Mischkammer eingeführt wird, Auslaßöffnung austretenden Strahl oder Sprühstrahl und der Mischkammer selbst zurückgehalten wird. umgibt und die Gestalt des Sprühstrahls und die Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Spritzpistole io Größe des Nebels abwandelt, dagegen entfernen die inerten Gase sämtliche nicht Die Inertgashauptzuführung ist zweckmäßigerweise

umgesetzten bzw. teilweise umgesetzten Bestandteile mit einer zentralen Leitung, Kanal oder Rohr inneraus Zuführungsleitungen und Mischkanälen. halb des Spritzpistolenkörpers verbunden, und die

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Spritz- einzelnen Versorgungsleitungen zu den Polyurethanpistole ist die Mischkammer im wesentlichen ein voll- 15 schaumausgangsstoff-Einführungsvorrichtungen und ständig geschlossener Hohlraum von einer geeigneten gegebenenfalls der Inertgaszuführung der Auslaß-Form und Größe, um ein intensives Mischen zu öffnung werden von dieser Zentralleitung abgezweigt, erzielen, und so klein, daß die Verweilzeit der Aus- Gewöhnlich reichen zwei Polyurethanschaumaus-

gangsstoffe in ihr außerordentlich kurz ist, Vorzugs- gangsstoff-Einführvorrichtungen und Einlaßöffnungen weise in der Größenordnung von ¹Ao 000 bis ¹AoSe- 20 normalerweise aus, wenn die Spritzpistole oder ähnkunde. Die Kammer kann zur Steigerung der Misch- liehe Vorrichtung für Polyurethanschaum verwendet wirkung mit Prallflächen oder Riffeln versehen sein; wird. Das Polyisocyanat wird gewöhnlich der einen wegen der leichteren Herstellung und Reinigung wird Einlaßöffnung und die restlichen Bestandteile werden ein Hohlraum von einfacher symmetrischer Form als Vorgemisch der anderen Einlaßöffnung zugeführt, mit glatten ebenen Oberflächen bevorzugt, wie ein 25 Falls gewünscht, können weitere Einlaßöffnungen sphärischer, ellipsoider, zylindrischer oder kegelför- vorgesehen werden, um beispielsweise zusätzlich miger oder ein durch Kombination dieser Formen geschnittene Glasfaser zuzusetzen, gebildeter Hohlraum, welcher in die Auslaßöffnung Die Erfindung wird erläutert mit Bezug auf eine

oder Düse der Mischkammer mündet. Jede Poly- in den Zeichnungen gezeigte bevorzugte Ausführungsurethanschaumausgangsstoff-Einführungsvorrichtung 30 form, wobei

umfaßt drei Teile. Der erste Teil ist ein Kanal, eine Fig. 1 ein Querschnitt einer Spritzpistole mit ein

Leitung oder ein Rohr, durch welche ein oder meh- oder zwei identischen Polyurethanschaumausgangsrere Ausgangsstoffe gewöhnlich in einer einzigen stoff-Einführungsvorrichtungen, Mischkammer und flüssigen Phase von einer Dosierpumpe zugeführt Auslaßöffnung und werden; der zweite Teil umfaßt erstens ein Rück- 35 Fig. 2 ein Aufriß der Spritzpistole ist. schlagventil, das zweckmäßigerweise in einem erwei- In den Zeichnungen sind gezeigt der Hauptteil der

terten Abschnitt der Einführungsvorrichtung ange- Spritzpistole 1, ein abnehmbares Knie 2 des PoIyordnet ist und den Fluß des Ausgangsstoffs nur in urethanschaumausgangsstoff - Einführungskanals 3 einer Richtung gestattet und den Eintritt von Luft (Fig. 1), mit dessen Einlaßöffnung4 (Fig. 2) die oder gemischten Ausgangsstoffen in den ersten Teil 40 Polyurethanausgangsstoff-Zuführungsleitung von der derPolyurethanschaumausgangsstoff-Einführungsvor- Meßvorrichtung verbunden ist. Das Knie 2 ist mit richtung im Fall von Verstopfungen verhindert, zwei- dem Hauptteil 1 mittels eines Klammerbügels 5 vertens Inertgaseinleitungsvorrichtungen, welche mit den bunden, welcher mit dem Hauptteil 1 durch zwei in Ausgangsstoff - Einführungsvorrichtungen stromab- diesen eingeschraubte Drehzapfen 6 verbunden ist wärts des Rückschlagventils in Verbindung stehen, 45 und ein Andrucken des Knies mittels der Feststell- und drittens einen Vormischkanal, zweckmäßiger- schraube 7 gestattet. Das Knie 2 paßt in eine Ringnut weise einen Ringraum, welcher den Auslaß des Rück- des abnehmbaren Ringes 8 (Fig. 1), welcher seinerschlagventils von diesem her umgibt und sich in Rieh- seits in eine Ringnut im Hauptteil 1 paßt. In die Austung des dritten Teils allmählich verjüngt und in Iaßöffnung9 (Fig. 1) des Knies2 paßt gleitend das welchem Vormischkanal der Ausgangsstoff mit dem 50 rohrförmige Ende des Rückschlagventils 10 und ist Strom des inerten Gases gemischt und in ihm disper- mittels der zusammendrückbaren Gummidichtung 11 giert wird. Der dritte Teil ist die Verbindung zwischen abgedichtet. Ein mit einer Gummischlauchmanschette dem Vormischkanal und der Kammer, gewöhnlich 13 versehener Kragen 12 des Rückschlagventils 10 ein Rohr oder Kanal von kleinerem gleichmäßigem drückt gegen die konische innere Seitenfläche 14 des Durchmesser, der zu einer hohen Durchflußgeschwin- 55 Ringes 8 und sorgt dadurch sowohl für einen Abdigkeit des Vorgemisches aus Ausgangsstoff und iner- Schluß als auch die Zentrierung des Ventils. In das tem Gas führt. verbreiterte Rohr des Rückschlagventils sind unter-

Die Auslaßöffnung der Mischkammer ist an der halb des Kragens 12 zwei Schlitze 15 rechtwinklig zur den Einlaßöffnungen gegenüberliegenden Seite der Achse des Ventils eingeschnitten, welche dem durch Mischkammer angeordnet. Bei einer Ausführungs- 60 den hohlen Ventilstempel hindurchtretenden PoIyform einer Spritzpistole gemäß der Erfindung kann urethanschaumausgangsstoff gestatten, die Gummider Sprühstrahl der Mischung des inerten Gases und manschette 13 zu dehnen und in den Vormischkanal der Ausgangsstoffe ungefähr die Form eines diver- 16 zu spritzen, welcher im wesentlichen aus einem gierenden Kegels, wie bei üblichen Spritzpistolen Hohlraum mit einem oberen zylindrischen Abschnitt verwendet, haben und auf bekannte Weise durch 65 und einem unteren konischen Abschnitt besteht. Die geeignete Wahl der Dimensionen der Auslaßöffnung Außenseite des in den Vormischkanal 16 reichenden oder durch Verwendung einer geeigneten Düse abge- Teils des Rückschlagventils hat ebenfalls eine ungewandelt werden, welche mit der Auslaßöffnung ent- fähr zylindrische Form mit einem kegelförmigen

Ende, wobei sowohl Zylinder als auch Kegel kleinere Abmessungen als der Hohlraum haben und so zwischen dem Hauptteil und dem Rückschlagventil einen ringförmigen Vormischkanal frei lassen. Die Inertgashauptzufuhr, gewöhnlich Lufthauptzufuhr, zur Spritzpistole ist mit dem Hauptluftkanal 17 mittels einer Kupplung 18 (F i g. 2) gekuppelt. Vom Kanal 17 führt eine rohrförmige Leitung 19 (Fig. 1) Luft zu einem zwischen der Unterseite des Ringes 8 und dem Hauptteil 1 verlaufenden Ringspalt 20, welcher mit dem zylindrischen Mischkanal 16 in Verbindung steht und so den Luftzutritt und deren Mischung mit dem Polyurethanbestandteil gestattet. Der ringförmige Mischkanal verjüngt sich zur rohrförmigen Einlaßöffnung 21, die zur Mischkammer 22 (F i g. 1) führt. Die Mischkammer 22 ist ein einziger Hohlraum, der aus einem ersten hohlkegelförmigen Abschnitt, in welchen zwei Einlaßkanäle 21 für die Bestandteile eintreten, einem mittleren hohlzylindrischen Abschnitt und einem zweiten abgeschnittenen Hohlkegelabschnitt besteht, dessen Spitze durch den Austrittskanal 24 der Düse 23 ersetzt ist. Bei der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform der Spritzpistole wird der zweite Hohlkegel der Mischkammer durch eine Vertiefung in der Düse 23 (Fig. 1), welche mit dem Hauptteil 1 Fläche auf Fläche mittels einer rohrförmigen Gewindekupplung 25 verbunden ist, gebildet. Eine übliche abnehmbare Luftkappe 26 mit Austrittsöffnung wird mittels einer Überwurfmutter 27 angeschraubt. Zwischen der rohrförmigen Kupplung 25 und dem Hauptteil der Düse 23 besteht ein Ringraum 35, welcher mittels Rohrleitungen 34 (F i g. 2) mit dem Hauptluftkanal 17 verbunden ist und von welchem eine Anzahl von Auslaßkanälen 36 (F i g. 1) zur Luftkappe 26 verlaufen. Die Verwendung der sekundären Luftzufuhr zur Luftkappe 26 geschieht nach Wunsch, zur Regelung des Luftstroms kann ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Nadelventil in der Rohrleitung 34 (F i g. 2) angeordnet sein. Wenn keine Verwendung von Sekundärluft gewünscht wird, wird die Kappe 26 durch Abschrauben der Überwurfmutter 27 entfernt. An Stelle der Düse 23 können Düsen verschiedener Größen und Formen angebracht werden. Ein hinterer Handgriff 28 (Fig. 2) und ein vorderer Handgriff 29 sind vorgesehen, wobei am letzteren die Schalter 30 zur Betätigung der Dosierpumpen und der Luftzufuhr sowie der Schalterdeckel 31 und das elektrische Kabel 32 befestigt sind. Ein abnehmbarer Einschraubstopfen 33 (F i g. 2) ist in einem rohrförmigen und mit dem Hauptluftkanal 17 (F i g. 1) verbundenen Hohlraum vorgesehen, um den Einsatz einer Zweigluftleitung für Reinigung und Überprüfung zu gestatten.

Wenn die oben beschriebene Spritzpistole zur Herstellung von Polyurethanschaum verwendet wird, werden Polyisocyanat durch die Einlaßöffnung 4 in das eine Knie 2 und die Polyhydroxyverbindung, gegebenenfalls sorgfältig gemischt mit anderen Bestandteilen, in gleicher Weise in das andere Knie 2 eingeführt. Beide Ausgangsstoffe fließen durch jeweils das Knie, den rohrförmigen Hohlraum9 (Fig. 1) im Rückschlagventil und spritzen aus den Schlitzen 15 unter Durchtritt zwischen der Gummimanschette 13 und dem Hauptteil des Ventils in den ringförmigen Mischkanal 16. Gleichzeitig wird Luft dem Hauptkanal 17 und von dort durch rohrförmige Leitungen 19 (Fig. 1) den Ringspalten20 und ringförmigen Vormischkanälen 16 zugeleitet. Beide Dispersionen von Ausgangsstoffen in Luft treten durch Kanäle 21 in die Mischkammer 22, wo sie aufeinandertreffen und sehr rasch gemischt werden. Die Mischung der Polyurethanschaumbestandteile und von Luft verläßt die Spritzpistole durch den Kanal 24 der Düse 23 und die Austrittsöffnung der Luftkappe 26. Mittels des Kupferrohrs 34 (F i g. 2) zugesetzte und über ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Nadelventil geregelte Luft ermöglicht eine weitere Veränderung des

ίο Dispersionsgrades.

Wenn der Zufluß der Ausgangsstoffe abgestellt wird und man den Luftstrom einige Zeit weiterlaufen läßt, schließen sich die Rückschlagventile automatisch, und die Luft säubert die öffnungen vom ringförmigen Mischkanal an bis zur Auslaßöffnung. Auf gleiche Weise schließt bei einer Verstopfung der Druckanstieg in der Düse zuerst das Rückschlagventil, und unter dem Rückdruck hört das Sprühen auf. Der Luftstrom dauert jedoch noch einige Zeit an,

ao bis der durch die Verstopfung erzeugte Druckabfall dem von der Luftleitung her verfügbaren Druck nahekommt. Häufig genügt das zur Beseitigung der Verstopfung und automatischen Rückkehr zum normalen Betrieb.

s5 Der auf die oben beschriebene Weise verteilte Polyurethanschaum hat eine bessere Struktur und geringere Dichte als ähnliches unter Verwendung einer üblichen Spritzpistole mit Mehrfachzufühfung verteiltes Material. Die geringere Größe und das geringere Gewicht der Spritzpistole vergrößern ihr Anwendungsgebiet und erleichtern die Verwendung. Der automatische Verschluß der Polyurethanschaumstoff-Zuführungsleitungen unter Rückdruck vermindert sehr erheblich das Auftreten von Verstopfungen, und die Luft ergibt eine automatische Selbstreinigung, wenn die Zufuhr an Ausgangsstoffen abgestellt wird, und ermöglicht so eine unterbrochene Betriebsweise ohne Zeitverlust durch Verstopfungen oder Reinigung. Außerdem liegt während des Sprühens ein besonderer Vorteil darin, daß die die Spritzpistole umgebende Atmosphäre von freiem Isocyanat oder Polyester oder Polyäther besonders frei bleibt.

Die Spritzpistole kann auch für andere reaktionsfähige Materialien benutzt werden, welche gründlich gemischt werden müssen.

Die vorbeschriebene Spritzpistolenausbildung ist auch für Verteilungsvorrichtungen verwendbar, welche zur Zuführung einer Mischung von Polyurethanschaum bildenden Bestandteilen zur Erzeugung des Schaums an Ort und Stelle in einer Form, z. B. einem Hohlraum, verwendet werden. Die Spritzpistole kann mit Vorteil zusammen mit Vorrichtungen verwendet werden, um die der Spritzpistole oder Verteilungsvorrichtung zugeführten schaumbildenden Bestandteile in vorbestimmten Mengen zu dosieren. Geeignete Dosier- und Kontrollvorrichtungen zur Zuführung der schaumbildenden Bestandteile in vorbestimmter Menge sind an sich bekannt.
Bei einer Verteilungsvorrichtung unterscheidet sich die Konstruktion des Verteilerkopfes, d. h. des mit dem Mischen und Verteilen der schaumbildenden Bestandteile in den Hohlraum oder die Form dienenden Teils der Verteilungsvorrichtung, etwas von der Spritzpistolenausführungsform. So kann die Düse des Verteilerkopfes, aus welcher die gemischten schaumbildenden Bestandteile abgegeben werden, die Form eines einfachen, direkt mit der Mischkammer verbundenen hohlen Rohrs haben, und auf die sekun-

däre oder Hilfsluftzufuhr, welche in der Spritzpistolenausführungsform direkt in die gemischten Bestandteile nach deren Austreten aus der Mischkammer eingeführt werden kann, wird verzichtet. Beim Betrieb der Verteilungsvorrichtung wird gewöhnlich ein im Vergleich mit dem bei der Spritzpistole verwendeten verminderter Luftstrom verwendet. Das ist darauf zurückzuführen, daß die Abgabedüse des Verteilerkopfes einen größeren Durchmesser als die Sprühdüse hat und sich kein wesentlicher Rückdruck ent- ίο wickelt. Wenn jedoch die Zuführung der schaumbildenden Bestandteile abgeschnitten wird, müssen Mittel vorgesehen werden, um die dem Verteilkopf zugeführte Luftmenge zu vergrößern, damit kein wesentlicher Rückstand der Mischung der reaktionsfähigen Chemikalien in der Mischkammer oder anderen Teilen der Vorrichtung zurückbleibt. Die Luftzufuhr kann von Hand durch Betätigung eines in der Luftleitung an geeigneter Stelle angeordneten Ventils oder automatisch durch Kuppeln des Ventils, beispielsweise über eine Anordnung von Magnetspulen und Relais, mit der Dosiervorrichtung für die schaumbildenden Bestandteile vergrößert werden, so daß, wenn die Zufuhr dieser Bestandteile zur Mischkammer abgeschnitten wird, die Luftzufuhr automatisch bis zum Wiederbeginn des Verteilern vergrößert wird,

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Spritzpistole zur Erzeugung von Polyurethanschäumen mit einer Mischkammer für die PoIyurethanschaumausgangsstoffe, die mit einer Anzahl Einlaßöffnungen und mit einer Auslaßöffnung versehen ist, sowie mit der Anzahl der Ausgangsstoffe entsprechenden Zuführungsleirungen, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Zuführungsleitungen (3) ein an sich bekanntes Rückschlagventil (10) vorgesehen ist, das nur den Durchfluß jedes Ausgangsstoffes in Richtung zur Mischkammer (22) zuläßt, und daß stromabwärts von jedem Rückschlagventil je eine Inertgaszufuhr (17,19,20) mit je einer der Zuführungsleitungen in Verbindung steht und daß schließlich jede Zuführungsleitung über eine zugehörige Einlaßöffnung (21) in die Mischkammer (22) einmündet, wobei der Abschnitt der Zuführungsleitung zwischen dem Rückschlagventil (10) und der Mischkammer (22) eine Vormischkammer (16) für den einzelnen Ausgangsstoff und das inerte Gas bildet.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 853 135;
   belgische Patentschrift Nr, 582239;
   USA.-Patentschriften Nr. 2 764 564, 2764565.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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