DE1504710C - Mischvorrichtung, insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mischvorrich- · tung, insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen, bestehend aus einem mit mindestens je einem Ein- und einem Auslaß für die zu mischenden Komponenten versehenen kegelstumpfförmigen Außenmantel, einem darin auf der gleichen Achse angeordneten kegelstumpfförmigen Einsatz sowie einem durch eine Schnecke innerhalb des Außenmantels gebildeten schraubenförmigen Kanal. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist transportabel, hat keine bewegten Teile und ermöglicht gute Vermischung durch turbulente Strömung durch einen schraubenförmigen Gang.

Seit der Einführung von Polyurethan-Schaumstoffen sind die verschiedensten Mischvorrichtungen bei der Herstellung dieser Produkte verwendet worden. Die bekannten Mischer reichen vom sehr einfachen Typ, beispielsweise dem Drahtbügelmischer, in dem die Reaktionsteilnehmer in einer verhältnismäßig ao engen Kammer mit einem schnell rotierenden, im wesentlichen aus starren Drahtschleifen bestehenden Rührer gemischt werden, bis zu komplizierteren Mischern, deren spezielle Einrichtungen die Komponenten unter hohem Druck in die Reaktionsmasse einspritzen und dadurch gutes Vermischen sicherstellen, sowie speziell konstruierten Rührwerksbehältern mit schnell öffnenden und schließenden Ventilen. Bei einem weiteren Mischertyp erfolgt das Vermischen der Komponenten in Form von feinteiligen Tröpfchen, die aus einer Spritzpistole herausgeschleudert werden. Mischer der genannten Art sind in den USA.-Patentschriften 2 035 775, 2 730 433, 2 779 689, 2 868 518, 2 948928, 2957 203, 2 990 380, 2 990 252 und 3 031271 beschrieben.

Aus der USA.-Patentschrift 3 068 074 ist weiterhin eine Mischvorrichtung mit einem Rotationsmischer mit schwach konischem Außenmantel bekannt, auf dessen Hauptachse ein hohler Rotor mit schraubenförmigem Gang angeordnet ist. Dieser schraubenförmige Gang erstreckt sich über die gesamte axiale Länge des hohlen Rotors in dem Raum zwischen dem Rotor und der Innenseite des Außenmantels und verbindet Eintritts- und Austrittsöffnung des Mischers. Zur Betätigung dieses Rota- tionsmischers ist in jedem Falle neben dem Rotor, der sehr genau in den schwach konischen Behälter eingepaßt sein muß, um gute Mischergebnisse zu erzielen, der zugehörige Motor mit Welle und Befestigungsvorrichtungen für den Rotor erforderlich, und gerade diese ständig rotierenden Teile bedürfen der ständigen Wartung und Pflege. Hinzu kommt noch, daß der in Richtung der Mischeraustrittsöffnung konisch zulaufende und sich damit verengende Mischraum leicht verstopft.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Mischvorrichtung zu entwickeln, die insbesondere bei der Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen verwendet werden kann und keine rotierenden Teile aufweist, die durch einen Motor bewegt werden müssen, um sowohl einfacher in ihrem Aufbau als auch betriebssicherer zu sein.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Teile der Mischvorrichtung unbewegbar fest miteinander verbunden sind, daß der kegelstumpfförmige Einsatz im Außenmantel im Verhältnis zu diesem umgekehrt angeordnet ist und daß die Schnecke, deren Windungen die Innenwand des Außenmantels berühren, und damit auch der schraubenförmige Kanal, der von der Innenwand des Außenmantels, der Außenfläche sowohl des kegelstumpfförmigen Einsatzes als auch der der Schnecke begrenzt ist, sich, vom Einlaß zum Auslaß hin im Querschnitt verbreitern.

Die besonderen Vorteile dieser Mischvorrichtung bestehen in erster Linie darin, daß nicht nur das Volumen des Mischraumes vom Eintritt zum Auslaß zunimmt und somit ein Verstopfen praktisch ausgeschlossen ist, sondern daß die Vorprodukte für den Schaumstoff in die im Außenmantel ruhende Schnecke eingeführt und unter Turbulenz gründlich zu einer homogenen Masse durchmischt werden, während sie sich mit wachsender Geschwindigkeit durch den schraubenförmigen Kanal mit sich erweiterndem Volumen hindurchbewegen.

Ein Ausführungsbeispiel der Mischvorrichtung gemäß der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung ist der kegelstumpfförmige Außenmantel mit 1 bezeichnet; die obere Platte 2 kann in beliebiger passender Weise fest, beispielsweise durch Verschweißen, oder herausnehmbar am Außenmantel angeordnet sein, beispielsweise über Schraubgewinde. Die Einlasse 3 am oberen Ende bestehen einfach aus bündig montierten Rohrnippeln, die mit üblichen Einrichtungen zur Zuführung der Komponenten verbunden sind. Die Zahl der Einlasse ist freigestellt. Die Bodenplatte 4 des Außenmantels ist herausnehmbar und wird zweckmäßig mit Schraubgewinde eingesetzt. Sie ist mit wenigstens einem Auslaß 5 versehen.

Der kegelstumpfförmige Einsatz 6, der im Verhältnis zum kegelstumpfförmigen Außenmantel 1 umgekehrt angeordnet ist, kann massiv oder hohl sein. Er wird in seiner Lage zwischen der oberen Platte 2 und der Bodenplatte 4 gehalten, indem die Bodenplatte 4 unter Druck eingesetzt wird. An diesem kegelstumpfförmigen Einsatz 6 ist eine Schnecke 7 angeordnet, deren Windungen die Innenwand des Außenmantels berühren. Die Zahl der Windungen wird entsprechend der gewünschten Länge des schraubenförmigen Durchganges gewählt. Die Schnecke bildet einen schraubenförmigen Kanal 8 von der oberen Platte zur Bodenplatte. Dieser Weg wird von der Innenwand des Außenmantels und der Außenfläche sowohl des kegelstumpfförmigen Einsatzes 6 als auch der Schnecke 7 begrenzt. Durch den größer werdenden Abstand zwischen dem kegelstumpfförmigen Einsatz und dem kegelstumpfförmigen Außenmantel nimmt die Querschnittsfläche des Kanals stetig zu. Dies ist durch die Buchstaben A und B angedeutet. Der Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Gängen bleibt konstant. In der Abbildung sind zusätzliche Einlaßöffnungen 9 dargestellt, durch die weitere Komponenten eingeführt werden können. Die Wahl der Einführung durch Einlasse in der oberen Platte oder durch Eintrittsöffnungen seitlich im Außenmantel hängt von den Wünschen des Herstellers ab. In einigen Fällen ist es zweckmäßig, einen Teil der Komponenten vorzumischen, bevor eine weitere Komponente eingeführt wird.

Die Mischvorrichtung kann aus den verschiedensten Werkstoffen hergestellt werden. Als Metalle kommen Stahl, Messing, Aluminium, Nickel, Kupfer und viele handelsübliche Legierungen, beispielsweise die verschiedenen korrosionsbeständigen Stähle und

Monelmetall in Frage. Auch Kunststoffe, die durch die Reaktionsteilnehmer oder Lösungsmittel nicht angegriffen werden, können als Konstruktionsmaterialien verwendet werden. Typische Beispiele solcher Kunststoffe sind glasfaserverstärkte Epoxyharze und Polytetrafluorethylen.

Die Geschwindigkeit, mit der das Material durch den schraubenförmigen Kanal fließt, wird so eingestellt, daß sich Turbulenz einstellt. Wenn während des Durchlaufs ein Gas gebildet oder eingeführt wird, trägt die Anwesenheit von Blasen in der flüssigen Masse dazu bei, die Turbulenz aufrechtzuerhalten. Diese turbulente Strömung ist meist durch eine Reynolds-Zahl von wenigstens etwa 3000 gekennzeichnet. Gegebenenfalls können Leitbleche oder Zwischenwände in den schraubenförmigen Durchgang eingebaut werden. Durch Bildung einer Vielzahl begrenzender öffnungen wird auf diese Weise die turbulente Strömung verstärkt. Diese Leitbleche bestehen einfach aus kleinen Stegen, die zwischen den Windungen der Schnecke verlaufen und entweder am kegelstumpfförmigen Einsatz oder an der Außenwand befestigt sind. Natürlich dürfen diese Leitbleche nicht so groß sein, daß sie die Strömung durch den Durchgang verlangsamen. Vorzugsweise werden as sie in regellosen Abständen im Durchgang angeordnet.

Die Abmessungen der Mischvorrichtung hängen von dem jeweiligen Verwendungszweck ab. Wenn größere Durchsatzmengen erforderlich sind, wird natürlich ein größerer Mischer gebraucht. Diese Mischvorrichtung läßt sich leicht an die Herstellung von Schaumstoffen anpassen. In diesem Fall kann sie entweder zum Ausschäumen am Ort verwendet oder transportfähig ausgebildet werden. Sie kann einerseits an fest eingebauten Apparaturen angebracht werden, um die Schaumstoffvorstufe in Formen auf einem Förderband zu geben; andererseits ist es möglich, sie am Ende eines Schlauchs zu befestigen und auf der Baustelle zum Eintragen von Schaum als Isolierung zwischen Trennwände oder zum Besprühen von senkrechten oder waagerechten Flächen zu verwenden. Die Mischvorrichtung ist besonders vorteilhaft für die Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen mit geschlossenen Zellen. Eine. Anordnung für die Zufuhr von Komponenten eines Schaumstoffs zur Mischvorrichtung ist in Chemical Engineering Progress, 57, Oktober 1961, S. 40 bis 47, beschrieben.

Die Mischvorrichtung kann mit den verschiedensten Aufgabevorrichtungen verwendet werden. Die Komponenten können über- einen Mengenmesser oder eine Dosierpumpe zugeführt werden. Sie können entweder unmittelbar von einem Behälter oder von einer Kreislaufleitung abgenommen werden, so daß der Einsatz bei konstanter Temperatur gehalten werden kann. Beide Methoden sind bei der Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen bekannt. Der aus der Mischvorrichtung austretende Schaum kann unmittelbar in eine Form oder in einen Hohlraum eingetragen oder auf eine Fläche aufgebracht werden, wobei es zweckmäßig sein kann, einen ringförmigen Luftstrom anzuwenden, der zur feinen Verteilung des Schaums beiträgt. Die Luft kann rings um die Außenseite der Austrittsöffnung des Mischers eingeführt werden.

Bei der Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen ist es bekanntlich allgemein üblich, die Apparaturen nach dem Gebrauch mit einem Lösungsmittel zu spülen. Bei der Mischvorrichtung gemäß der Erfindung wird das Lösungsmittel zweckmäßig durch eine der oberen öffnungen eingeführt.

In den folgenden Beispielen beziehen sich die Mengenangaben auf das Gewicht, falls nicht anders angegeben.

Die in den folgenden Versuchen verwendete Mischvorrichtung wurde bereits in Verbindung mit der Abbildung beschrieben. Der Außenmantel 1 besteht aus korrosionsbeständigem Stahl und hat eine Höhe von 152 mm; sein Durchmesser am oberen Ende beträgt 57 mm und am Boden 76 mm. Die beiden Einlasse 3 haben einen Durchmesser von 9,5 mm und der Auslaß 5 einen Durchmesser von 13 mm. Eine seitliche Einlaßöffnung 9 in der Nähe des oberen Endes des Außenmantels hat einen Durchmesser von 6,4 mm. Die Schnecke 7 im Mantel besteht aus nichtrostendem Stahl von 1,3 mm Dicke bei einem senkrechten Abstand von 5 mm zwischen den Gängen. Die Tiefe der Gänge nimmt von 12,7 mm am oberen Ende der Schnecke auf 27 mm am Boden der Schnecke zu. Die Schnecke hat insgesamt 20 Windungen. Das freie innere Volumen des Mischers beträgt insgesamt 311 cm\ Die Querschnittsfläche des schraubenförmigen Kanals beträgt am Beginn 0,65 cm² und am Ende 1,4 cm². Die mittlere Länge des Weges beträgt 356 cm.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Mischvorrichtung, insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen, bestehend aus einem mit mindestens je einem Ein- und einem Auslaß für die zu mischenden Komponenten versehenen kegelstumpfförmigen Außenmantel, einem darin auf der gleichen Achse angeordneten kegelstumpfförmigen Einsatz sowie einem durch eine Schnecke innerhalb des Außenmantels gebildeten schraubenförmigen Kanal, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Mischvorrichtung unbewegbar fest miteinander verbunden sind, daß der kegelstumpfförmige Einsatz (6) im Außenmantel (1) im Verhältnis zu diesem umgekehrt ' angeordnet ist und daß die Schnecke (7), deren Windungen die Innenwand des Außenmantels (1) berühren, und damit auch der schraubenförmige Kanal (8), der von der Innenwand des Außenmantels, der Außenfläche sowohl des ■ kegelstumpfförmigen Einsatzes (6) als auch der der Schnecke (7) begrenzt ist, sich vom Einlaß (3) zum Auslaß (5) hin im Querschnitt verbreitern.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen