DE1943930B2 - Vorrichtung zum intermittierenden Dosieren und Mischen von Reaktionskomponenten, insbesondere zur Herstellung von Schaumkunststoffen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum intermittierenden Dosieren und Mischen von Reaktionskomponenten, insbesondere zur Herstellung von Schaumkunststoffen, bestehend aus einem Vorratsbehälter und einer Förderpumpe für jede Komponente, einer gemeinsamen Mischkammer sowie aus mindestens zwei vor der Mischsteue angeordneten elektronisch gesteuerten Zutrittsventilen, deren öffnungs- und Schließzeitpunkt unabhängig vom Betrieb der Förderpumpe einstellbar ist.

Beim intermittierenden Dosieren und Mischen von Reaktionskomponenten ergibt sich in der Regel infolge der unterschiedlichen Beschaffenheit und Mengen der einzelnen Reaktionskomponenten sowie der technisch bedingten Unsymmetrien der Strömungswege für diese ein Vorlauf einer oder mehrerer Reaktionskomponenten beim Zutritt zur Mischstelle. Infolge des Vorlaufs entstehen Mischfehler im Produkt, welche eine unerwünschte Veränderung der technologischen Eigenschaften, insbesondere der Federkennlinie des Produkts hervorrufen. Besonders stark wirkt sich ein Vorlauf bei kurzen Schußzeiten aus.

Um einen Vorlauf zu beseitigen, führt man bei einer bekannten Vorrichtung die einzelnen Reaktionskomponenten unter sehr hohen und stark unterschiedlichen Drücken über druckgesteuerte Ventile der Mischstelle zu. Die Ventile weisen dabei den gleichen Öffnungsund Schließdruck auf.

Diese Betriebsweise, bei welcher also der Vorlauf durch hohe Druckunterschiede der Reaktionskomponenten ausgesteuert werden soll, weist sehr wesentliche Nachteile auf. Zum einen ist zu ihrer Durchführung die Erzeugung von zusätzliche Energie verzehrendem Hochdruck notwendig, und sämtliche hochdruckbeaufschlagten Teile der Anlage müssen entsprechend stark dimensioniert werden. Dieser Nachteil fällt ganz besonders ins Gewicht, da beim intermittierenden Dosieren und Mischen ein ständig wechselnder Druckauf- und -abbau erfolgt, wodurch in der gesamten Anlage stark wechselnde Materialbeanspruchungen entstehen. Aus diesem und anderen Gründen ist die bekannte Hochdruckanlage sehr störungsanfällig. Zum anderen entsteht bei der bekannten Vorrichtung infolge der gleichen Schließdrücke für sämtliche, Reaktionskomponenten unterschiedlicher Drücke zugeordneten Ventile wiederum ein in seiner Wirkung einem Vorlauf entsprechender Nachlauf einer oder mehrerer Reaktionskomponenten. Dieser Nachlauf muß, beispielsweise mittels sehr aufwendiger, den Druckabbau einzelner Reaktionskomponenten verzögernder, mechanisch gesteuerter Druckentlastungsvorrichtungen beseitigt werden. Der wesentliche Nachteil der bekannten Vorrichtung ist jedoch der, daß die Aussteuerung des Vorlaufs durch große Druckunterschiede der einzelnen Reaktionskomponenten nur möglich ist, wenn sich die einzelnen Reaktionskomponenten in ihrer Beschaffenheit, insbesondere Zähigkeit, und in ihren Mengenanteilen verhältnismäßig geringfügig unterscheiden.

Es wurde auch schon versucht, das Voreilen einer oder mehrerer Komponenten dadurch zu vermeiden. daß die Einlaßdüsen gleichzeitig betätigbare elektromagnetische Öffnungs- und Schließeinrichtungen aufweisen. Die öffnungs- und Schließeinrichtungen können dabei über einen gemeinsamen Schalter an eine Spannungsquelle angeschlossen sein. Eine genaue Aussteuerung des Vorlaufs läßt sich hierbei jedoch nur mit erheblichem Aufwand durchführen, da insbesondere bei hochviskosen Reaktionskomponenten über die zugeordneten Magnetspulen keine ausreichend hohen Kräfte auf die mit den Düsennadel starr verbundenen Eisenkerne übertragen werden können und derartige Ventile somit nur bedingt funktionsfähig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum intermittierenden Dosieren und Mischen von Reaktionskomponenten zu schaffen, die insbesondere auch ein Dosieren und Mischen von in ihrer Zähigkeit sowie ihren Mengenanteilen stark unterschiedlichen Reaktionskomponenten erlaubt, indem der Vorlauf einer oder mehrerer Komponenten zuverlässig vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß mindestens eines der beiden Zutrittsventile über elektronische Relais auszugverzögert offen- bzw. schließbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Vorlauf einer oder mehrerer Reaktionskomponenten wesentlich einfacher und genauer und in einem viel größeren Bereich der Viskositäts- und Mengenverhältnisse als bei bekannten Vorrichtungen ausgesteuert, wobei zusätzlich auch ein Nachlauf in der Regel nicht auftritt. Infolge der durch die elektronische Steuerung erzielten äußerst genauen Aussteuerung des Vorlaufs ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei kürzesten Schußzeiten verwendbar. Die Verwendung von Niederdruck erlaubt eine sparsamste Dimensionierung der gesamten Dosierungs- und Mischvorrichtung und ergibt überdies eine optimale Konstanz der zeitlichen Fördermengen, welche in Verbindung mit der erzielten optimalen Vorlauffreiheit eine genaueste Einhaltung der vorgegebenen Rezepte bei äußerst gleichmäßiger Vermischung der einzelnen Reaktionskomponenten gewährleistet.

Zur Herstellung von Schaumkunststoffen werden im allgemeinen zwei Reaktionskomponenten verwendet. Als hochviskose Reaktionskomponente kann man ein

Prepolymeres zur Herstellung von Polyurethan und als niedrigviskose Reaktionskomponente kann man einen Kettenverlängerer zur Polyurethanbildung, vorzugsweise ein Diol, insbesondere 1,4-Butandiol oder 1,6-Hexandiol, einsetzen. Dabei kann dis Mengenverhältnis der hochviskosen zur niedrigviskosen Reaktionskomponente mehr ab 10:1, insbesondere 50 :1, betragen.

Die Einstellung des Steuerprogramms für die Zutrittsventile erfolgt vorteilhafterweise durch Einstellung einer unterschiedlicher Anzugverzögerung an jo clekironischen Relais. Dadurch wird eine genaueste Einstellung der Öffnungszeitpunkle der Zutrittsventile zueinander ermöglicht, was eine optimale Aussteuerung des Vorlaufs zur Folge hat.

Eine äußerst wirtschaftliche und praktische Vorrichtung wird erzielt, wenn sämtliche Zutrittsventile in einem gemeinsamen kompakten Ventilgehäuse örtlich nahe der Mischstelle angeordnet sind.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Anlageschema einer Vorrichtung zum intermittierenden Dosieren und Mischen von zwei Reaktionskomponenten,

Fig.2 das strichpunktiert umrahmte Detail Il aus F i g. 1 in genauerer Darstellung und

F i g. 3 einen parallel zur Zeichenebene liegenden Schnitt aus F i g. 2.

Die in F i g. 1 dargestellte Anlage dient zum intermittierenden Dosieren und Mischen von zwei Reaktionskomponenten zur Herstellung von Kunststoffen. Die beiden Komponenten sind zum einen ein Prepolymeres mit einer Viskosität von beispielsweise 250OcP. zum anderen ein Kettenverlängerer mit einer Viskosität von beispielsweise 10 cP, welche in einem Mengenverhältnis von beispielsweise 50 :1 dosiert und vermischt werden. Wie aus dem Anlagenschema zu ersehen ist, weist die Anlage für die beiden Reaktionskomponenten im wesentlichen die gleichen einander entsprechenden Einzelteile auf, welche der Einfachheit und Übersichtlichkeit halber mit gleichen Bezugsziffern versehen sind, wobei die Bezugsziffern auf der Prepolymerseite eingestrichen und die auf der Kettenverlängererseite zweigestrichen sind.

Zum intermittierenden Dosieren und Mischen werden das in einem Behälter Γ befindliche Prepolymere und der in einem Behälter 1" befindliche Kettenverlängerer mittels Pumpen 2' bzw. 2" in Richtung der Pfeile 2a' bzw. 2a" gefördert, welche durch Elektromotoren 3' bzw. 3" angetrieben werden. Bei entsprechender in der Zeichnung gestrichelt dargestellter Stellung der Zutrittsventile 4' bzw. 4" werden die beiden Reaktionskomponenten gleichzeitig einem durch eine Antriebsvorrichtung 5 angetriebenen mechanischen Rührer einer Mischstelle 6 zugeführt, in welcher sie gleichmäßig vermischt und aus welcher sie anschließend als Kunststoff über einen Auslaß 7 in eine nicht dargestellte Produktform ausgetragen werden. Die übrigen in dem Anlageschema dargestellten Teile dienen im wesentlichen zur Steuerung der Anlage und werden im folgenden an Hand einer Beschreibung der Inbetriebsetzung und des weiteren Betriebes der Anlage näher erläutert.

Nach dem Aufheizen der Anlage wird der Antriebsmotor 3" für die Kettenverlängerer-Pumpe 2" eingeschaltet und der Kettenverlängerer durch einen Bypass 8" umgepumpt. Bei anschließendem Schließen eines Kontaktes 9 zieht ein Motorschütz 10 an und wird durch eine Halfeleitung 11 geschlossen gehalten. Gleichzeitig läuft ein elektronisches anzugverzögertes Relais 12 an und überbrückt die Zeit, bis der Antriebsmotor 3' für die Prepolymer-Pumpe 2' auf seine Nenn drehzahl hochgelaufen und ein Prepolymer-Schlauch 13' bis zu etwa einem Punkt 14' gleichmäßig gefüllt ist Messungen an verschiedenen Anlagen haben gezeigt, daß die durch die Relais 12 überbrückte Basiszeit je nach Maschinengröße und Schlauchquerschnitt zwischen einer und 2 Sekunden liegt. Sie kann am Relais 12 stufenlos und damit sehr genau eingestellt werden.

Nach Ablauf der Basiszeit werden zum direkten voriauffreien Zusammenführen der beiden Reaktionskomponenten an ihrer Eintrittsstelle 15 in die Mischstelle 6 die Ventile 4' und 4 " in die gestrichelt dargestellte Stellung gebracht, also geöffnet, was durch Erregung von elektronischen anzugverzögerten Relais 16' bzw. 16" eingeleitet wird, welche Magnetventile 17' bzw. Ii" zut Steuerung von äußerst schnell wirksamen Steuerzylindern 18' bzw. 18" für die Ventile 4' bzw. 4" erregen. Will das Prepolymere vorlaufen, was am häufigsten auftritt, so wird sein Ventil 4' gegenüber dem Ventil 4" des Kettenverlängerers verzögert geöffnet. Die notwendige Öffnungsverzögerung, welche durch Messungen ermittelt wird, wird auf einfache Weise durch stufenlose und damit sehr genaue Einstellung der Anzugverzögerung des Relais 16' herbeigeführt.

Die Einstellung der Anzugverzögerung und damit des Programms für die Ventilsteuerung erfolgt willkür lieh und demnach unabhängig von den Fördervorrichtungen für die beiden Reaktionskomponenten.

Um eine äußerst genaue Aussteuerung des Vorlauf des Prepolymeren zu erreichen, ist auch das Relais 16" anzugverzögert, wobei die stufen'ose Einstellung seiner Anzugverzögerung und die Einstellung der Anzugverzögerung des Relais 16' genauestens aufeinander abgestimmt werden. Dadurch können auch minimale relative Verzögerungszeiten von beispielsweise 0,01 Sekunden äußerst genau eingehalten werden, wodurch eine optimale Aussteuerung des Vorlaufs des Prepolymeren erreicht wird.

Mit dem Anziehen des letzten Relais, also des Relais 16", und damit mit dem öffnen des Ventils 4". wird über einen Wahlschalter 19 eine Zeituhr 20 oder eine anders eingestellte Zeituhr 20a, 206 oder 20c eingeschaltet, welche die Öffnungszeit der Ventile 4' und 4" und damit die Dosierzeit begrenzt und bei weiteren Schüssen konstant hält. Dies geschieht jeweils dadurch, daß nach Ablauf der an der Zeituhr 20 bzw. 20a bzw. 206 bzw. 20c eingestellten Zeit ein öffner 21 bzw. 21a bzw. 216 bzw. 21c den Steuerstromkreis unterbricht. Dadurch werden nach Abfallen der Relais 16' und 16" die Magnetventile 17' und 17" umgesteuert, wobei letz tere die Ventile 4' und 4" schlagartig umschalten und damit wieder schließen. Die nach dem Schließen des Ventils 4' während des Auslaufens des Antriebsmotors 3' geförderte Prepolymermasse wird abgefangen und auf schnellstem Wege in den Behälter Γ zurückgeleitet, da das Prepolymere zur Vermeidung von unerwünschten chemischen Reaktionen nicht wie der Kettenverlängerer beliebig umgewälzt werden darf.

Da nach Ablauf der vorgegebenen Dosierzeit beide Ventile 4' und 4" gleichzeitig in Bruchteilen von Sekunden geschlossen werden, tritt grundsätzlich kein Nachlauf einer Komponente auf. Sollte jedoch wider Erwarten ein Nachlauf auftreten, so ist es möglich, diesen mittels unterschiedlich abfallverzögerter elektronischer Relais 22' bzw. 22" auszusteuern.

Sind die in der Mischstelle 6 gleichmäßig miteinander vermischten Reaktionskomponenten in die Produklform ausgetragen, so folgt der nächste Dosiertakt usw.

Wie aus den F i g. 2 und 3 hervorgeht, sind die durch Drehschieber gebildeten Ventile 4' und 4" zusammen mit zugehörigen Ventildichtungen 23' bzw. 23" in einem gemeinsamen kompakten Ventilgehäuse 24 angeordnet. Mit dem Ventilgehäuse 24 ist die Mischstelle 6 in kompakter Bauweise verbunden, und außerdem sind die beiden Stellzylinder 18' und 18" direkt am Ventilgehäuse 24 befestigt.

Ebenso wie in F i g. 1 sind in den F i g. 2 und 3 die Ventile 4' und 4" in Schließstellung dargestellt. Durch Umsteuerung der Stellzylinder 18' und 18' werden deren Stellhebel 25' bzw. 25" in die in F i g. 2 gestrichelt dargestellte Stellung gebracht, wobei die Ventile 4' bzw. 4", deren Drehachsen mit den Drehachsen 26' bzw. 26" der Stellhebel 25' bzw. 25" zusammenfallen, in die in F i g. 3 gestrichelt dargestellte Stellung gebracht und damit geöffnet werden. In dieser Öffnungsstellung der Ventile 4' und 4" durchströmen die beiden Reaktionskomponenten das Ventilgehäuse gemäß den Pfeilen 2a' bzw. 2a" und werden an der Eintrittsstelle 15 in die Mischstelle 6 direkt vorlauffrei zusammengeführt.

Es soll noch erwähnt werden, daß die in F i g. 1 dargestellte Anlage nicht nur zum intermittierenden Dosieren und Mischen von Reaktionskomponenten nach dem Prepolymer-Verfahren, sondern auch nach dem One-Shot-Verfahren verwendbar ist. Bei letzterem Verfahren ergibt sich im übrigen eine Vereinfachung für das Inbetriebsetzen der Anlage, was im folgenden gezeigt werden soll.

Da es im One-Shot-Verfahren infolge der Beschaffenheit der beiden Reaktionskomponenten möglich ist diese dauernd über die Bypässe 8' bzw. 8" zu fördern wird auch der Antriebsmotor 3' zusammen mit den-ίο Antriebsmotor 3" gleich bei Inbetriebsetzung der Anlage eingeschaltet und ebenfalls wie dieser nicht nach jedem Schuß gestoppt. Eine durch das Relais 12 bewirkte Basiszeit entfällt damit vollends. Im übrigen läuft die Schußfolge beim One-Shot-Verfahren prinzipiell eben so wie beim Prepolymer-Verfahren ab.

Zum Umschalten der Anlage von Prepolymer-Ver fahren auf One-Shot-Verfahren sind folgende wesentli ehe Veränderungen vorzunehmen: Umschalten eine; Wahlschalters 27 in die in F i g. 1 gestrichelt dargestell te Schaltstellung, um das Weiterlaufen des Antriebsmo tors 3' auch nach Schußende einzuleiten; Austausch dei Pumpe 2" sowie einer Düse 28" (F i g. 3) zur Zuführung der zweigestrichenen Komponente zur EintrittsstelU 15 sowie schließlich die Einstellung der notwendiger Verzögerungswerte an den Relais 16' bzw. 16", welch« zum direkten vorlauffreien Zusammenführen der bei den Reaktionskomponenten an der Eintrittsstelle 15 er forderlich sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum intermittierenden Dosieren und Mischen von Reaktionskomponenten, insbesondere zur Herstellung von Schaumkunststoffen, bestehend aus einem Verratsbehälter und einer Förderpumpe für jede Komponente, einer gemeinsamen Mischkammer sowie aus mindestens zwei vor der Mischstelle angeordneten elektronisch ge- ίο steuerten Zutrittsventilen, deren öffnungs- und Schließzeitpunkt unabhängig vom Betrieb der Förderpumpe einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der beiden Zutrittsventile (4' bzw. 4") über elektronische Relais (16' bzw. 16") anzugverzöfert offen- bzw. schließbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Zutrittsventile (4' bzw. 4") durch die Relais (16' bzw. 16") mit unterschiedlicher Anzugsverzögerung offen- bzw. schließbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Zutrittsventile (4', 4") in einem gemeinsamen kompakten Ventilgehäuse (24) nahe der Eintrittsstelle (15) der Mischstelle (6) angeordnet sind.