DE1504699B1

DE1504699B1 - Vorrichtung zum Mischen und Austragen von Stoffen fuer die Herstellung von Polyurethanschaum

Info

Publication number: DE1504699B1
Application number: DE19631504699
Authority: DE
Inventors: Alan Philip Perrin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-10-25
Filing date: 1963-10-25
Publication date: 1970-10-15
Also published as: US3353918A; GB1052971A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen und Austragen von Stoffen für die Herstellung von Polyurethanschaum mit zwei in einem Gehäuse angeordneten, je einen verschiebbaren Kolben enthaltenden Kammern, zwischen denen eine Zwischenwand mit Durchlaßöffnungen angeordnet ist, durch die hindurch die Stoffe bei der Hin- und Herbewegung der Kolben zu ihrer Mischung abwechselnd vor- und zurückgepreßt werden.
Durch die USA.-Patentschrift 2 948 920 ist eine Mischvorrichtung dieser Art bekannt, bei der das Austragen der fertig gemischten Stoffe entweder durch eine während des Mischvorganges durch eine abnehmbare Platte verschlossene seitliche Öffnung oder durch eine axiale Öffnung in einer quer verschiebbaren Mischplatte hindurch erfolgt. In dem einen Fall müssen zur Entleerung der Vorrichtung die seitliche Platte abgeschraubt und die Kolben gegeneinander bewegt werden, und in dem anderen Fall müssen die Mischplatte verschoben sowie der eine Kolben aus der Vorrichtung herausgenommen und der andere Kolben ganz durch die Vorrichtung hindurchbewegt werden. Bei dieser bekannten Vorrichtung erfordert daher das Austragen der Mischung zeitraubende und umständliche Vorgänge.
Durch die Erfindung soll eine Vorrichtung dieser Art derart ausgebildet werden, daß sie insbesondere zum Mischen und Austragen von Stoffen für die Herstellung von Polyurethanschaum geeignet ist, bei dem ein Polyol, ein Katalysator und ein Diisocyanat miteinander gemischt werden. Hierbei besteht die Aufgabe, ein möglichst einfaches und rasches Austragen der Mischung zu erreichen, das der jeweils nur einige Sekunden in Anspruch nehmenden Herstellungsdauer des Polyurethanschaumes in der Vorrichtung angepaßt ist.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß die Zwischenwand einen mit den Durchlaßöffnungen verbundenen und mit einem Auslaßventil versehenen Auslaßkanal aufweist, durch den die Mischung der Stoffe bei aufeinander zu bewegten Kolben und geöffnetem Auslaßventil austreibbar ist.
Bei einer in dieser Weise ausgebildeten Vorrichtung ist eine einfache und schnelle Entleerung nach jedem Mischvorgang gewährleistet und eine weitgehende Ausnutzung der Vorrichtung ermöglicht.
Dabei ist die Vorrichtung zum Mischen der Stoffe sowohl in kleinen Mengen von 10 bis 150 Gramm als auch in größeren Mengen geeignet. In jedem Fall ist eine schnelle Schaumbildung in etwa 2 bis 3 Sekunden und ein schnelles Austragen der Schaummischung ermöglicht, wodurch eine große Arbeitsgesdvindigkeit der Vorrichtune gewährleistet ist.
Auch kann die Vorrichtung in einfacher und zuverlässiger Weise gleichzeitig mit dem Austragen der fertigen Mischung gereinigt werden.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand der in der Zeichnung als Beispiele dargestellten Ausführungsformen näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Teilquerschnitt der Vorrichtung zum Mischen von Stoffen für die Herstellung von Polyurethansdiaum, Fig.2 eine die Vorrichtung F i g. 1 enthaltende Anlage zur Herstellung von Polyurethanschaum in schematischer Darstellung und F i g. 3 eine Abänderung der Vorrichtung nach Fig. 1.
Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung zum Mischen der Stoffe für die Herstellung von Polyurethanschaum weist ein Mischgehäuse 1 mit zwei gleichachsigen, einander gegenüberliegenden Hohlräumen 2 und 3 von kreisförmigem Querschnitt auf, an deren inneren Enden eine Zwischenwand 4 angeordnet ist. Die Zwischenwand 4 enthält mehrere Durchlaßöffnungen 5, welche die beiden gleichachsigen Hohlräume 2 und 3 miteinander verbinden.
Jeder der Hohlräume2, 3 setzt sich außerhalb des Gehäuses in einem Zylinder 6 bzw. 7 fort, derart, daß zwei gleichachsig gegenüberliegende zylindrische Hohlräume 2, 6 und 3, 7 gleichen Volumens gebildet sind, an deren äußeren Enden, wie schematisch in Fig. 2 dargestellt ist, Leitungen mit Druckablaßventilen 8 und 9 angeordnet sind. In jeder durch die Zylinder 6 und 7 und die Hohlräume 2, 3 gebildeten Kammern ist ein Kolben 10 bzw. 11 frei verschiebbar, deren innere Enden bei 12 so geformt, z. B. mit Kegelstumpfansätzen versehen, sind, daß sie der Form der gegenüberliegenden Seiten der Zwischenwand 4 entsprechen. Diese besteht aus einer mittleren Lochplatte und einem diese ringförmig umgebenden Teil, dessen Breite nach außen zunimmt und der ebenfalls mit Durchlaßöffnungen 5 versehen ist.
Das Gehäuse 1 enthält ferner einen Einlaßkanal 13, der im rechten Winkel zu der den Hohlräumen 2, 3 gemeinsamen Achse angeordnet und mit diesen Hohlräumen durch Öffnungen 14 der Zwischenwand 4 verbunden ist.
In dem Einlaßkanal 13 ist ein Trennkolben 15 verschiebbar, bei dessen Verschiebung auf die Zwischenwand 4 zu die Hohlräume 2, 3 des Gehäuses von Öffnungen 16, 17 und 18 in dem Einlaßkanal 13 getrennt werden und bei dessen Verschiebung in umgekehrter Richtung Flüssigkeit aus den Öffnungen 16, 17 und Luft aus der Öffnung 18 in das Gehäuse eintreten kann. Zwei dieser Öffnungen, nämlich die Öffnungen 16 und 17 sind mit durch Druck zu betätigenden Rückschlaoventilen 19 und 20 verbunden, während die mit 18 bezeichnete dritte Öffnung zur Zuführung von Druckluft und eines Lösungsmittels dient. In einer mit der Öffnung 18 verbundenen Leitung 22 ist ebenfalls ein Rückschlagventil 21 (F i g. 2) angeordnet.
Das Gehäuse 1 weist ferner gegenüber dem Einlaßkanal l3 einen Auslaßkanal 23 auf, in dem ein pneumatisch betätigtes Kugelauslaßventil 24 angeordnet ist. Der Auslaßkanal 23 sowie der Einlaßkanal 13 und die gleichachsigen Hohlräume 2, 3 sind durch die Durchlässe bzw. Öffnungen 5, 13 und 14 der Zwischenwand 4 miteinander verbunden.
Zum Mischen von Stoffen in dem Gehäuse 1 bzw. den zylindrischen Hohlräumen 2. 6 und 3, 7 müssen die frei verschiebbaren Kolben 10 und 11 in den Zylindern hin- und berhewegt werden. Zu diesem Zweck ist gemäß F i g. 2 ein LTmschaltventil 25 angeordnet, das bei seiner Betätigung den Kammern hinter den KolbenlOw11 iiber die Druckablaßventile8 und 9 wechselweise Druckluft zuführt. Die in dieser Weise erreichte abwechselnde Verschiebung der Kolben führt eine innige Mischung der Stoffe herbei, die iii folge der Kolbenbewegungen durch die Durchlaßüffnungen 5 der Zwischenwand 4 schnell vor und zurückgepreßt werden. Zur Betätigung des Umschaltventils 25 sind in zwischen diesem und den Druckablaßventilen 8, 9 verlaufenden Druckluftleitungen Steuerventile 26 und 27 angeordnet, die über Nebenleitungen 28 und 29 das Umschaltventil 25 im umgekehrten Sinn verstellen, wenn in dem zugehörigen Zylinder der erforderliche Druck aufgebaut ist.
In der Nebenleitung 29, über die das dem Kolben 11 zugeordnete Steuerventil 27 das Umschaltventil beeinflußt, ist ein durch einen Elektromagneten betätigtes Ventil 30 angeordnet, das erforderlichenfalls die Verbindung zwischen dem Steuerventil 27 und dem Umschaltventil 25 unterbricht.
Das Rückschlagventill9 ist an dem einen Ende einer Leitung 31 einer Verdrängungskolbenpumpe 32 angeordnet, die mit einer Zuleitung 33 für Polyol versehen ist. In ähnlicher Weise ist das Rückschlagventil 20 an dem einen Ende einer Leitung 34 angeordnet, die mit einer Verdrängungskolbenpumpe zur Förderung von Toluol-Diisocyanat aus einer Leitung 36 verbunden ist. Zwischen dem Rückschlagventil 19 und der Kolbenpumpe 32 steht die Leitung 31 mit einer Katalysator-Zuführungsleitung 37 in Verbindung, an derem einen Ende ein Rückschlagventil 38 und an dem anderen Ende eine Verdrängungspumpe 39 angeordnet ist.
Zur Betätigung der Vorrichtung ist ein Steuergerät 40 mit einem Schalter41 angeordnet, das mit Abgangsleitungen 32', 35' und 39' für den Betrieb der Pumpen 32, 35 und 39 versehen ist. Ferner sind Abgangsleitungen 30' und 42' bis 45' angeordnet, die zur Betätigung der Elektromagnetventile 30 und 42 bis 45 dienen. Das Ventil 42 steuert die Zuführung von Luft zu dem Trennkolben 15, während die Ventile 43 und 44 die Zuführung von Luft zu dem Umschaltventil 25 und das Ventil 45 den Zufluß von Luft zu der Öffnung 18 regeln. Außerdem ist eine Abgangsleitung 46'mit einem das Auslaßventil 24 betätigenden Zylinder 46 in einer Druckluftleitung 47 angeordnet. Bei Betätigung des Schalters 41 wird die nachstehend erläuterte Folge von Vorgängen automatisch ausgelöst.
Bei Betriebsbeginn ist der frei verschiebbare Kolben 11 durch den in dem zugehörigen zylindrischen Hohlraum 3, 7 enthaltenen Luftdruck zunächst in Anlage e an der Zwischenwand 4 des Mischgehäuses 1 gehalten. Hierbei ist das Steuerventil 27 daran gehindert, das Umschaltventil 25 zu betätigen, weil die Nebenleitung 29, die von dem Steuerventil 27 zu dem Umschaltventil 25 führt, durch das Elektromagnetventil 30 abgesperrt ist. Ebenso ist das Auslaßventil 24 geschlossen, und der Trennkolben 15 in dem Einlaßkanal 13 ist zurückgezogen, so daß das Mischgehäuse 1 mit den Öffnungen 16, 17 und 18 verbunden ist.
Bei Betätigung des Steuergerätes 40 wird durch die Verdrängungspumpe 39 über die gefüllte Katalysatorleitung 37 eine bestimmte Menge eines Katalysators in die Polyoleinlaßleitung 31 abgegeben, die zuvor bis zu dem Rückschlagventil 19 gefüllt worden ist. Es wird daher über dieses Ventil eine Polyolmenge mit einem Volumen in das Mischgehäusel eingelassen, das gleich dem Volumen des abgegebenen Katalysators ist. Unmittelbar nach dem Einspritzen des Katalysators wird durch die Polyol-Kolbenpumpe32 Polyol über das Rückschlagventil 19 in das Gehäuse 1 eingeführt, wodurch auch der Katalysator in das Gehäuse 1 eingeführt wird. Hierauf wird durch die Verdrängungspumpe 35 Toluol-Diisocyanat aus der gefüllten Leitung 34 abgegeben.
Durch die Anwendung solcher Kolbenpumpen mit genauem Verdrängungsvolumen können genau bestimmte Mengen der zu mischenden Stoffe abgegeben werden. Die in das Mischgehäuse 1 in flüssiger Form eintretenden Stoffe verschieben den frei verschiebbaren Kolben 10, der in diesem Zeitpunkt nicht durch Luftdruck belastet ist.
Wenn alle Stoffe in das Mischgehäuse eingeführt sind, wird sofort der Trennkolben 15 betätigt, um den Einlaßkanal zu verschließen, wodurch auch das Gehäuse 11 verschlossen wird. Zugleich werden hierdurch die Wandungen des Einlaßkanals gesäubert, um hierdurch erstens zu gewährleisten, daß alle Stoffe in den Mischbereich des Gehäuses gelangt sind und zweitens die Bildung von Schaum in dem Einlaßkanal zu verhindern.
Sodann wird das Elektromagnetventil 30 geöffnet, so daß dem zugeordneten Steuerventil 27 ermöglicht wird, das Umschaltventil 25 zu beeinflussen, des nunmehr die Richtung des Luftstromes umkehrt, wodurch der vorher nicht mit Druck beaufschlagte Kolben 10 gegen die Zwischenwand 4 vorgeschoben wird. Die zwischen dieser und dem Kolben 10 in dem zylindrischen Hohlraum 2, 6 befindliche Mischung wird hierdurch durch die Durchlaßöffnungen 5 der Zwischenwand 4 hindurchgepreßt, bis der Kolben 10 mit der Zwischenwand 4 in Berührung kommt. Der Druckaufbau hinter dem Kolben 10 führt dann dazu, daß nunmehr das zugehörige Steuerventil 26 das Umschaltventil 25 beeinflußt, wodurch die Bewegung der Mischung wieder umgekehrt wird. Die Wiederholung dieser Vorgänge ruft eine wechselweise Vor-und Zurückbewegung der frei verschiebbaren Kolben hervor, die so lange andauert, bis das Elektromagnetventil 30 wieder geschlossen wird.
Die Geschwindigkeit, mit der die Kolben 10 und 11 während des Mischvorganges hin- und herbewegt werden und damit auch die Geschwindigkeit, mit der die flüssige Mischung durch die Zwischenwand 4 hindurch vor- und zurückgepreßt wird, ist zum großen Teil bestimmend für die Größe der Zellen in dem sich bildenden Schaum. Die Zellengröße kann mit der Mischvorrichtung durch Einstellung der Luftzufuhr und des Druckes leicht geregelt werden.
Infolge der schnellen Schaumbildung beim Zusammenbringen. der Stoffe ist die Mischdauer, die durch das Steuergerät 40 bestimmt wurde, sehr kurz und beträgt nur etwa 2 bis 3 Sekunden. Nach Ablauf dieser Zeit wird das Elektromagnetventil 30 in der Luftnebenleitung 29 wieder geschlossen, so daß das Umschaltventil 25 angehalten und der Mischvorgang beendet wird. Hierbei wird der Kolben 11 durch Luftdruck in Berührung mit der Zwischenwand 4 gehalten, während der Kolben 10 von der Druckluftzufuhr getrennt wird.
Zum Austragen der gemischten Stoffe wird das Auslaßventil 24 geöffnet und gleichzeitig damit der Kolben 10 gegen die Zwischenwand 4 vorgeschoben, indem er mit Druckluft aus einer zusätzlichen Leitung 48 beaufschlagt wird. Hierdurch wird die Mischung aus dem Mischgehäuse 1 ausgetrieben, wobei zugleich der zugehörige zylindrische Hohlraum 2, 6 gereinigt wird. Um zu vermeiden, daß die Druckluft aus der Luftleitung 48 nach außen entweicht, ist in einem Auslaß49 des Umschaltventils ein Elektromagnetventil 44 angeordnet, das beim Öffnen der Luftleitung 48 geschlossen wird.
Wenn die gesamte Mischung in eine Form abgegeben ist, wird das Auslaßventil 24 geschlossen und die Druckluft aus der den Kolben 10 enthaltenden zylindrischen Hohlraum 2, 6 ausgelassen. Außerdem wird das die Entlastung des Umschaltventils 25 steuernde Elektromagnetventil 44 umgestellt.
Der Trennkolben 15 wird dann zurückgezogen, worauf das Auslaßventil 24 geöffnet und zum Reinigen des Gehäuses 1 über das Rückschlagventil 21 ein Luftstrom durch das Gehäuse geblasen wird. Hierbei können zur besseren Reinigung periodische Zuführungen eines Lösungsmittels aus einer Leitung 50 angewendet werden.
F i g. 3 zeigt eine etwas abgeänderte Ausführungsform, bei der der Kolben 11 durch eine Kolbenstange 51 mit einer pneumatischen Betätigungsvorrichtung 52 verbunden ist, der Druckluft durch die Leitunger 53 zugeführt wird.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Mischen und Austragen von Stoffen für die Herstellung von Polyurethanschaum mit zwei in einem Gehäuse angeordneten, je einen verschiebbaren Kolben enthaltenden Kammern, zwischen denen eine Zwischenwand mit Durchlaßöffnungen angeordnet ist, durch die hindurch die Stoffe bei der Hin- und Herbewegung der Kolben zu ihrer Mischung abwechselnd vor-und zurückgepreßt werden, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß die Zwischenwand (4) einen mit den Durchlaßöffnungen (5) verbundenen und mit einem Auslaßventil (24) versehenen Auslaßkanal (23) aufweist, durch den die Mischung der Stoffe bei aufeinander zu bewegten Kolben und geöffnetem Auslaßventil austreibbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (4) einen Einlaßkanal (13) für die zu mischenden Stoffe enthält. der mit den Durchlaßöffnungen (5) in Verbindung steht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet. daß der Einlaßkanal (13) undoder Auslaßkanal (23) im rechten Winkel zu den in der Zwischenwand (4) angeordneten Durchlaßöffnungen (5) verlaufen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Einlaßkanal (13) seitliche Ciffnungen (16, 17, 18) sowie ein in ihm verschiebbarer Trennkolben (15) angeordnet sind, in dessen einer Stellung die seitlichen Öffnungen mit den Durchlaßöffnungen (5) verbunden und in dessen anderer Stellung die seitlichen Öffnungen verschlossen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkolben (15) pneumatisch verschiebbar ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem Auslaßkanal (23) angeordnete Auslaßventil (24) als pneumatisch zu betätigendes Ventil ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Kolben (10, 11) durch Belastung ihrer den Durchlaßöffnungen (5) der Zwischenwand (4) abgewendeten Flächen mit Druckluft wechselweise verschiebbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zylindrische Hohlraum (2, 6, 3, 7) mit einem Druckablaßventil (8 bzw. 9) versehen ist, das den zugehörigen Kolben (10 bzw. 11) vom Druck der Luft entlastet, wenn er von den Durchlaßöffnungen (5) der Zwischenwand (4) weg verschoben wird.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischgelläuse (1) mit Zuführungsleitungen (31 und 34) für Polyol und Diisocyanat versehen ist, die jeweils an ihrem einen Ende mit einer Verdrängungskolbenpumpe (32 bzw. 39) verbunden sind und an ihrem anderen, dem Misebgehäuse zugewendeten Ende ein durch Druck zu betätigendes Rückschlagventil (19, 20) aufweisen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung (31) für Polyol mit mindestens einer Leitung (37) zur Einführung eines Katalysators in die Polyolleitung verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Katalysator eine Leitung (37) und eine Verdrängungskolbenpumpe (39) angeordnet ist, die mit der Zuführungsleitung (31) für Polyol über ein durch Druck zu betätigendes Rückschlagventii (38) verbunden ist.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Polyol-Zuführungsleitung (31) angeordnete Rückschlagventil (19) mit der öffnung (16) des Einlaßkanals (13) und das in der Zuführungsleitung (34) für Diisocyanat angeordnete Rückschlagventil (20) mit der Öffnung (17) des Einlaßkanals in Verbindung stehen.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 12. dadurch gekennzeichnet, daß von den in dem Eiulaßkanal (13) angeordneten seitlichen Öffnungen die eine Öffnung (18) mit einer Zuleitung für Druckluft zum Reinigen des Mischgehäuses (1) verbunden ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (18) auch mit einer Zuleitung (50) fiir Lösungsmittel verbunden ist.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (4) durch eine Lochscheibe mit einer mittleren Lochplatte und einem diese umgebenden ringförmigen Teil gebildet ist, der ebenfalls Durchlaßöffnungen (5) enthält und in seiner Dicke nach außen zunimmt.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das der Zwischenwand (4) zugekehrte Stirnende jedes Kolbens (10, 11) eine der gegenüberliegenden Fläche der Zwischenwand entsprechende Gestaltung aufweist.