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Heinrich Clasen . Groß Lledern Mischkopf mit Komponentenaussteuerung.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Mischkopf für Mehrkosponentendosiergeräte
zu Verarbeltung von Reaktlonsharzen, z. B. von Epoxydharzen, ungesättigten Polyestern,
Polyamiden, Polyurethanen, lnsbesondere für das Foraschäumen von Polyurethanen.
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Bei derartigen Mischköpfen 3Uß exakt eln gleichzeitiges Beginnen und
Beendigen des Förderns in die Mischkammer erfolgen. Dieses trifft für alle Mischkopf-Systeme
zu. Es ist daher eine Komponentenaussteuerung infolge der unterschiedlichen Komponentenmengen
und Viskositäten erforderlich.
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Man kann die resultierenden unterschiedlichen Komponentendrücke zur
Anpassung an Menge und Viskosität durch entsprechende Bemessung der Zuführungsschläuche
und Einstellung von federbelasteten Ventilen aussteuern. Diese Maßnahme ist unbefriedigend,
denn jede Rezepturänderung erfordert eine besondere Beeessung der Schläuche und
exakte Ergebnisse können nicht erwartet werden.
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Un ein gleichzeitiges Öffnen und Schließen der federbelasteten Ventile
zu erreichen, wurden Vorrichtungen zum zeitsynchronen Auf- und Abbau der Komponentendrücke
vorgeschlagen. Hierzu dienen zur stufenlosen Erweiterung der Druckleitungen Speicherkolben
und zur Abbau und Angleichen der Drücke Druckentlastungsventile,( AP 3100506, DBP
1143013 ) wobei die Volumina der Speicherkolben elnregullert werden kUnnen.
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Der Mischkopf nach den DBGM 7006182 verzichtet auf federbelastete
Komponentenzuführungs-Ventil@, auf Speicherkolben und Druckentlastungsventile. Hier
erfolgt das zeitsynchrone Öffnen und Schließen durch die Axialbewegung eines Schleberkolbens
in der illschkauler, wobel die Komponentenzuführungen während des Öffnens und Schließens
eine Querschnittserweiterung und eine Querschnittsverminderung erfahren.
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Beta Schließen erfolgt ein Druckabbau und eins erhebliche Steigerung
der Strömungsgeschwindigkeit in den als Komponentenzuführungen dienenden Düsen durch
die Querschnittsverminderung der Düsen. Dieses führt zu Kavitationserscheinungen
und danlt auch zu einer Separierung der Komponenten, wodurch eine homogene Vereischung
beim Förderende verhindert wird.
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Die Verwendung von Speicherkolben, Entlastungsventilen und federbelasteten
Zuführungsventilen erfordert einen großen Aufwand und außerden ist eine erneute
Einregulierung bel Rezeptänderungen verzunehmen.
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Beim Mischkopf nach den DBGM 7006182 erfolgt während des Öffnens und
Schließens ein kurzzeitiges Absperren der Komponentenzuführung@n gegen den Pumpenförd@rdruck.
In den Druckleitungen und der Pulpe ergeben @@ch hierdurch Druckstöße.
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Der @rfindungsmäßige Mischkopf alt Komponentanaussteuerung benötigt
keine federbelasteten Zuführungs-Ventil er Speicherkolben und Druckentlastungsventile.
1h@ llegt die Aufgabe zugrunde, die Koeponentenaussteuerung zu vereinfachen und
zu erreichen, doß alle Mischkopf-Systems verwendet werden können.
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So ist er geeignet wr Gegenstrom-Injektionsvermischung, zur Rührwerksver.ischung
und zur Ströaungsführungsvermischung. Unter Strö@ungsführungsvermischung ist ein
Mischsystem zu verstehen, welches unbarcgllche Leitorgane in der Mischkammer aufweist.
( Die Verwischung erfolgt durch Teilen, Verdrehen, Zusammenführen der Strömung.)
Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, du die Kooponentenaussteuerung
durch einen drehbar gelagerten Ringkolben erfolgt, der so ausgebildet ist, daß durch
Verdrehen in einen Gehäuse die
die Förderung der Komponenten exakt
beginnt und endet, wobei der Ringkolben Bestandteil des Mlschkopfes Ist und auch
so ausgebildet sein kann, daß er die Michkammer bildet. Der erfindungsmäßige Mischkopf
mit Komponentenaussteuerung arbeitet 1. Kreislauf, wenn die Rezirkulationsstellung
durch Verdrehung des Ringkolbens herbeigeführt wird. Das helßt, die Kowponenten
gelangen von den Behältern zu den Puppen und werden von diesen In dosierten Mengen
getrennt zum Mischkopf gefördert und von diese durch die Rezlrkulatlonsstellung
des Ringkolbens zu den Behältern zurückgeleitet. Der Ringkolben ist nun so ausgebildet,daß
während des Schließens oder Öffnens der Düsen, die die Komponenten der @Mischkammer
zuführen, die Rezlrkulatlonsstellung bis zum völligen Öffnen der Düsen aufrechterhalten
wird. Jeder Düse ist 1. Gehäuse eine Komponentenrückführung zugeordnet, wobei die
Düsen 1. Gehäuse oder auch ii Ringkolben angeordnet sind.
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Für led. Komponente ist ii Ringkolben eine Kammer oder eine Nut, gegebenenfalls
nit Durchbrüchen, vorgesehen, wobei die Bemaßung dieser Kammern, Nuten und Durchbrüche
und ihre Anordnung ilt den Anordnungen und Bemaßungen der zugeordneten Komponentenzuführungen,
Komponentenrückführungen und gegebenfalls Düsen in Gehäuse, so abgestleat ist, daß
bei der Verdrehung des Rlngkolbens 1. Gehäuse, beispielsweise ii Uhrzeigersinn,
ein gleichzeitiges Uffnen der Düsen und Schließen der Kemponentenrückführungen erfolgt,
und bei Verdrehung entgegen den Uhrzeigersinn ein gleichzeitiges Schließen der Düsen
und Öffnen der Kompenentenrückführungen erreicht wird. Bei voll geöffneten Düsen
sind die Komponentemrückführungen daher voll geschlossen. Wird nun das Hlschende
durch die Drehbewegung des Ringkolb@ns eingeleitet, so wird der offene Querschnitt
der Düsen verklelnert und der geschlossene Querschnitt der Komponentenrückführungen
geöffnet, wobei sich diese Querschnitte äquivalent zueinander verhalten, sodaß die
addierten offenen Querschnit te der zugeordneten Düsen und Komponentenrückführungen
In etwa gleich bleiben. Ist die Drehbewegung beendet und die Rezirkulationsstellung
hergestellt, so entspricht der offene Querschnitt der zugeordneten Komponentenrückführung
diesen addierten offenen Querschnitten während des Schli@ßvorganes der Düse.
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Wird die Mischstellung durch eine entgegengesetzte Drehrichtung des
Ringkolbens eingeleitet, so erfolgt ein entsprechend ungekehrter Vorgang. Hierdurch
ergibt slch der Vorteil, daß die Strömungsgeschwindigkeiten in den Düsen und damit
auch der Druck,während des Schließens und Öffnens der Düsen und auch bei völlig
geöffneten Düsen, in etwa gleichbleibend sind, wobei die in die Mischkammer geleiteten
Komponentenmengenverhältnisse unverändert bleiben. Dieses trifft gleichermaßen für
das Beginnen und B@endigen der Förderns in die Mischkammer zu, sodaß ein homogenes
Geeisch erhalten wird.
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Daher ist eln Abbau der unterschiedlichen Komponentendrücke beim Förderende
auf ein gemeinsames Niveau unnötig. Der zeitsynchrone Ablauf des Förderbeginns und
des Förderendes erfolgen zwangsläufig und eine jeweilige Einregulierung besonderer
Vorrichtungen bei Rezepturänderungen ist unnötig.
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Da der Übergang von der llschstellung zur Rezirkulationsstellung stufenlos
erfolgt, können Druckstöße nicht auftreten. Das gleiche gilt beim Übergang von der
Nezirkulationsstellung zur bischstellung.
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Bei der Ausbildung von Mischköpfen für die Gegenstrominjektionsvermischung
ergeben sich erfindungsgemäß weitere Vorteile, da ein Schieberkolben in der Mischkammer
angeordnet werden kann, um das G@misch auszuschi@ben, wobei die Stirfläche des Schieberkolbens
nach dem Ausschiebem mit der Formenoberfläche abschließt, sedaß eine Nachbearbeitung
der Angußstelle entfällt. Hierbei ist außerdem von Vorteil, daß keinerlei Angußverluste
auftreten, was bisher nicht möglich war. Da der Schieberkolben hierbei In Gegensatz
zu dem DBGN 7006182 keine Steueraufgaben ubernlaet und daher auch keine Längsnuten
aufweist und aus diesem Grunde
nicht verdrehungssicher angeordnet
seln braucht, kann er eine Verdrehung des Ringkolbens nitnachen, wenn dieser außerdem
die lischkaamer bildet oder ein Tell der Mischkaoner ist.
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Die erfindungsmäßigen Mischköpfe mit Komponentenaussteuerung kennzeichnen
sich durch einfachne Aufbau.
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Die Drehbewegungen können durch beliebige Mittel erfolgen, um eine
Links - und Rechsdrehung bestimmter Größe auf den Ringkolben zu Ubertragen. Beispielsweise
dienen hierzu Hydraulik oder Pneumaticzylinder.
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Die Ringkolben können dabei so ausgebildet sein, daß ein geringer
Tell der Drehbewegung neutral ist und daher keine Veränderung der Düsen- oder Komponentenrückführungs-Querschnitte
hervorruft. Hierdurch wird eine verbesserte Abdichtung erreicht.
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Die Öffnungsquerschnitte der zugeordneten Düsen und Komponentenrückführungen
stimmen in ihren Größen überein. Di@ Düsen können ii Gehäuse oder in Ringkolben
horizontal und vertikal, horizontal-vertikal ( im Winkel) verlaufen,oder auch in
geeigneten Wlnkelstellungen angeordnet sein.
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Je nach den zu verarbeitenden Viskositäten der Komponenten erfolgt
das Vermischen in Verbindung mit Mehrkomponentendosiergeräten, welche für die Gegenstrom-injektionsvermischung,
die Rührwerksvermischung oder die Strömungsführungsvermischung geeignet sind, da
die erfindungsmäßigen Mischköpfe für die genannten Mischsysteme Infolge ihrer Ausbildung
geeignet sind. Diese Mischsysteie erlauben in der genannten Reihenfolge das Vermischen
bis zu bochtiskosen, pastösen Koeponenten.
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In den Zeichnungen werden einige Ausführungsbeispiele genannt, die
alle. auch für die Rührwerks- und Strömungsführungs-Vermischung geeignet sind, wenn
Rührwerke oder Strömungsführungsorgane in der Mischkammer angeordnet werden. Bei
der Ausbildung der Mischköpfe mit zylindrischer Bohrung in Gehäuse'oder alt eine
Ringkolben, der eine zylindrische Mischkammer aufweist, tritt an die Stelle der
Rührwerke oder Strömungsführungsorgane ein Schieberkolben, der hochgefahren die
Mischkammer bildet und beim Niederfahren das Gemisch ausschiebt, wobei die Vermischungrdurch
@@g@@str@@inj@stion erfolgt.
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Die Fig. 1/2, 5/6, 8/9 zeigen Mischköpfe in Quer-Schnitt, die Fig.
3 und 7 zeigen Längs-Schnitte aus schnittaweise. Die Fig. 4 zeigt die Seitenansicht
eines Ringkolbens.
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In den Zeichnungen bedeuten: 1 axialbeweglicher SchIeberkolben in
der Mischkammer 6 3 Komponentenrückführung en 4 Komponentenzuführung en 6 Mischkammer
8 Düsen für die Zuleitung der Komponenten in die Mischkammer 6 16 Gehäuse 23 Hebel
im Gehäusedurchbruch zur Übertragung der Drehbewegung auf den Ringkolben 24 24 Ringkolben
25 Kammern in Ringkolben 24 15 Gehäusedeckel 26 Nuten im Ringkolben 24 27 Durchbrüche,
vertikal in Bereich der Nuten 26 in Ringkolben 24 R Rührerwelle des Rührwerkes in
der Gehäusebohrung
In der Flg. 1 wird die Mischstelung gezeigt.
In der Fig. 2 ist die Rezirkulationsstellung wiedergegeben, wobei der neutrale Teil
der Drehbewegung in Gegensatz zur Fig. t noch nicht ausgeführt ist.
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In der Mischkammer 6 kann der Schieberkolben 1 axial bewegt werden,
wenn@der Mischkopf zur Gegenstrom-Injektionsvermischung dienen soll. Sonst tritt
das Rührwerk In die Mischkammer 6 eln, oder es werden die unbeweglichen Leitorgane
bei der Strömungsführungsvermischung in die die Mischkammer 6 eingesetzt.
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Der Ringkolben besitzt bei dieser Ausführungsform je Komponente die
Kammern 25 und die Düsen 8 befinden sich im Gehäuse 16.
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Die Fig. 5 zeigt die Mischstellung. Die Fig. 6 zeigt das äquivalente
Verhalten der Querschnitte der Düsen 8 und der Komponentenrückführungen 3, wobei
beide Querschnitte addiert den Düsenquerschnitt ergeben, wenn die Düse völlig offen
ist. Der Schließvorgang für die Dusen ist zur Hälfte vollendet, was gleichzeitig
auch für den Üffnungsvorgang der Koiponentenrückführungen zutrifft. Bei weiterem
Schließen der Düsen bleibt der G Gesamtquerschnitt erhalten. Sind die Dusen dann
völlig geschlossen, so entspricht der offene Querschnitt der Komponentenrückführung
diesem Querschnitt.
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Dieses ist auch bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen der Fall.
Die Düsen 8 sind vertikal in Gehäuse 16 angeordnet und die Fig. 7 zeigt die Mischstellung
gesäß der Flg. 5. In der Gehäusebohrung kann die Rührerwelle R angeordnet werden,
wobei die Rührorgane in Bereich der Klschka er 6 wirksam werden.
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Anstelle elnes Rührwerkes können auch die unbeweglichen Leitorgane
für die Strömungsführungsvermischung treten. Durch winkelige Anordnung der Düsen
8 kann auch eine Gegenstrom-Injektionsvermischung erfolgen.
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Die Fig. 8 zeigt die Mischstellung. Die Fig. 9 gibt die REzirkulationsstellung
wieder. In Gegensatz zu den Ausführungsbeispiel der Fig. 516 sind die Düsen 8 im
Ringkolben angeordnet, der einen Teil, oder die gesamte Mischkameer 6 bildet. In
den Fig.5/6 befinden sich in Ringkolben 24 die Nuten 28, welche vertikale Durchbrüche
27 besitzen, wie auch die Fig. 7 verdeutlicht. In der Fig. 9 ist die Rezirkulatlonsstellung
vollendet. Der Mischkopf gemäß der Fig. 819 ist gleichfalls für alle Mischsysteme
geeignet.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen erfolgt die Ubertragung der
recht- und links gerichteten Drchbewegungen auf den Ringkolben 24 durch den Hebel
23, der seinerseits durch eine geeignete Vorrichtung, gegebenenfalls auch von Hand,
bewegt wird, wobei er durch einen Durchbruch im Gehäuse 16 geführt wird und durch
Anschläge begrenzt wird.
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Dle gezeigten Ausführungsbeispiele beschränken die Ausführungsmöglichkeiten
der Erfindung nicht und dlenen lediglich der Erläuterung in schematischer Weise,
um zu zeigen, daß die offenen Querschnitte für die zufließenden Komponentenmengen
bei jeder Stellung des Rlngkelbens eine In etwa gleiche Größe aufweisen, wodurch
die resultierenden Drucke und Strömungsgeschwindigkeiten in den Düsen infolge der
Kontiauitätsgleichung gleiche Werte beibehalten,vom Förderbeginn bis zum Förderende
in die Mischkammer, wobei die Vermischung durch die genannten Mischsysteme erfolgen
kann, wenn die angeschlossenen Mahrkonponentenmischgeräte infolge ihrer Ausbildung
hierzu geeignet sind.