DE2364591A1

DE2364591A1 - Vorrichtung zur herstellung von formteilen aus sich aus mehreren komponenten bildenden kunststoffen, insbesondere zum beladen der komponenten mit gas

Info

Publication number: DE2364591A1
Application number: DE19732364591
Authority: DE
Inventors: Bernd Fries
Original assignee: Demag Kunststofftechnik Zweigniederlassung der Demag AG
Current assignee: Demag Kunststofftechnik Zweigniederlassung der Demag AG
Priority date: 1973-12-24
Filing date: 1973-12-24
Publication date: 1975-06-26
Also published as: IT1046156B; AT352383B; ATA805474A; BR7410589D0; GB1488845A

Description

PATENTANWÄLTE -

Dr. rer. ι.αΐ. r::y.!-ΐ ? ouis 14 544/5 20/ir

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Firma DEMAG Kunststofftechnik GmbH, 8500 Nürnberg, Rennweg 37

Vorrichtung zur Herstellung Ton Formteilen aus sich aus mehreren Komponenten bildenden Kunststoffen, insbesondere zum Beladen der Komponenten mit Gas.

(Zusatz zu Patent ... (Patentanmeldung P 23 31 241.6))

Dem älteren Vorschlag (P 23 31 241.6)_f auf den di<§ vorliegende Erfindung Bezug nimmt, liegt die Aufgab© zugrunde, die Zykluszeiten bei der Herstellung von Formteilen aus sieh, aus mehreren Komponenten bildenden Kunststoffen in einer Giessform erheblich zu verkürzen. Eine wesentliche Rolle in diesem Vorschlag spielt die Gasbeladung der flüssigen Komponenten bei der Herstellung von geschäumten Kunststoffteilen, deren Durchführung nicht nur massgeblich die Gesamtsykluszeit beeinflusst₉ sondern auch die Rezeptur des Kunststoffes und damit die Qualität des hergestellten Formteiles mithe stimmte

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Bisher wurde die Gasbeladung durch Einmischen z.B. von Luft mittels Rührwerk vor der Vermischung der Komponenten oder durch Durchblasen von Gas durch den Komponenten-Vorratsbehälter vorgenommen. Damit lässt sich aber keine bestimmte, reproduzierbare Rezeptur einstellen, weil der Beladungsgrad weitgehend von der subjektiven Beurteilung des Bedienungsmannes abhängt, und überdies ist der Zeitbedarf bei dieser Vorgangsweise ausserordentlich hoch. Ausserdem kann sich hierbei infolge von Viskositätsänderungen nach der Zumischung weiterer Kunststoffkomponenten der Beladungsgrad und damit die Rezeptur wieder beträchtlich ändern.

Es ist auch schon bekannt, dem Komponentenstrpm bei dessen Einfüllen in den Vorratsbehälter einen bestimmten Gasstrom zuzudosieren, und nach dem genannten älteren Vorschlag der Anmelderin wird das Gas aus einem Druckgasreservoir oder durch eine Pumpe unmittelbar in die Hauptförderleitung für die jeweilige Komponente eindosiert«, Das Eindosieren von Gas mittels einer Pumpe in die Komponenten, die in der Regel in der Förderleitung unter einem relativ hohen Druck stehen, setzt aber Pumpen mit sehr hohem volumetrische!! Liefergrad voraus, wenn nur einigermassen unabhängig vom Komponenten-Gegendruck eine konstante Gasbeladung gewährleistet sein soll. Derartige Pumpen sind aber teuer; die in der Praxis zur Verfügung stehenden Pumpen und Kompressoren eignen sich hierfür nicht=

Auf gäbe - der. vorliegenden Erfindung ist es daher, eine an sich unabhängig von dem älteren !Vorschlag brauchbare, aber zu dessen

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Verwirklichung besonders vorteilhafte Vorrichtung zur Gasbeladung vorzuschlagen, die konstruktiv einfach ist und mit der sich unabhängig vom Gegendruck in der die jeweilige

Komponente führenden Leitung eine einstellbare konstante Gasmenge in die Komponente eindosieren lässt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Vorrichtung zum Beladen der Komponenten mit Gas eine einstellbare Drossel aufweist, die in eine Zuleitung von einem Druckgasreservoir zu einer die Jeweilige Komponente führenden Leitung eingeschaltet ist, und dass der an der Drossel anliegende Eingangsdruck des Gases mindestens doppelt so hoch wie der Komponentendruck ist.

Das wesentliche Element ist hier die fein einstellbare,, empfindliche Drossel, durch die bei Einhaltung des genannten Druckverhältnisses unabhängig vom Gegendruck stets ein konstanter Mengenstrom an Gas fliesst. Die Erfindung nutzt hierbei ein Gesetz der Gasdynamik aus, nach dem bei Einhaltung des kritischen Druckverhältnisses oder darüber sich im engsten Düsenquerschnitt unabhängig vom Gegendruck Schallgeschwindigkeit und damit ein konstanter Mengenstrom einstellt.

Vorteilhafterweise ist der Drossel ein steuerbares Druckminderventil vorgeschaltet, das über eine Verbindung zu der die jeweilige Komponente führenden Leitung vom Komponentendruck gesteuert ist. Damit kann der Eingangsdruck an der Drossel stets gerade auf der niedrigsten, zur Erzielung des kon-

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— Zj. _

stanten Mengenstroms ausreichenden Höhe gehalten werden, was den Vorteil bringt, dass der Einstellbereich der Drossel sich nicht über zu grosse Druckbereiche zu erstrecken braucht. Zweckmässigerweise wird man mehrere Drosseln, gegebenenfalls mit unterschiedlichen Charakteristiken, parallel schalten, so dass bei einem nur geringen zuzudosierendem Gasstrom eine oder mehrere Drosseln abgeschaltet werden können und die Einstellgenauigkeit erhalten bleibt.

Gemäss einer besonders vorteilhaften Weiterbildung liegt in der Verbindungsleitung zwischen der Drossel und der die jeweilige Komponente führenden Leitung ein Umschaltglied auf eine Zweigleitung, die über ein vom Komponentendruck gesteuertes Druckventil ins Freie führt. Mit dem Druckventil lässt sich der Einströmvorgang des Gases in die Komponente simulieren, so dass auch ausserhalb der Dosierphase in der Drossel ein stationärer Zustand aufrechterhalten werden kann. Am Beginn der Dosierphase braucht daher lediglich auf die die Komponente führende Leitung umgeschaltet zu werden, ohne dass durch das Einsetzen des Strömungszustandes bedingte Totzeiten und Dosierungenauigkeiten xd· Kauf genommen werden müssten.

Mit der vorstehend geschilderten Vorrichtung kann unabhängig vom Sättigungsgrad der jeweiligen Komponente Gas in diese eingebracht werden. Ist dies nicht notwendig, so lässt sich zur Durchführung der Gasbeladung im Rahmen des älteren Vorschlags eine andere vorteilhafte Vorrichtung verwenden, die

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dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung zum Beladen der Komponenten mit Gas einen in eine die jeweilige Komponente führende Leitung eingeschalteten Pufferbehälter umfasst, der von einem Druckgasreservoir her mit Druckgas beaufschlagt ist und durch den die Komponente über Gas/Flüssigkeit-Kontaktelemente gefördert wird.

•Hierdurch lässt sich ebenfalls eine genau bemessene Gasmenge bis zur Sättigung der Komponente in diese einbringen. Die Gasbeladung erfolgt dabei direkt während der Verarbeitung der Kunststoffkomponenten zwischen dem Vorratsbehälter und der Komponenten-Dosierpumpe, so dass gesonderte Aufbereitungszeiten vermieden werden und eine von der Einschätzung des Bedienungsmannes unabhängige reproduzierbare Rezeptur gefahren werden kann.

Es versteht sich, dass anstelle des vorstehend genannten Druckgasreservoirs bei beiden Ausführungsformen der erfindungsge-r massen Vorrichtung auch Kompressoren eingesetzt werden können, deren Lieferdruck mindestens doppelt so hoch ist wie der höchste vorkommende Komponentendruck.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen

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sowie aus weiteren Unteransprüchen. Sofern in der nachfolgenden Beschreibung auf Einzelheiten der Zeichnung nicht gesondert eingegangen ist, darf ausdrücklich auf die Zeichnung selbst verwiesen werden. Vorstehend nicht genannte Vorteileder Erfindung, die sich gegenüber dem Stand der Technik ergeben, werden ebenfalls zur Erfindung gehörend betrachtet.

In den Zeichnungen zeigt:

Figur 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemassen Vorrichtung, die ein Zudosieren von Gas unabhängig vom Sättigungsgrad der Komponente erlaubt und

Figur 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemassen Vorrichtung, mit der die Komponente bis zum Sättigungsgrad gasbeladen werden kann.

Das wesentliche Element der Gasbeladungs-Vorrichtung gemäss Figur 1 ist eine empfindliche fein einstellbare Drossel 1, die von einem Druckgasreservoir (Windkessel) 2 her mit Gas beaufschlagt werden kann. In der Verbindungsleitung 5 vom Druckgasreservoir zur Drossel 1 liegen ein Hauptschieber 4-, ein darauf folgendes Filter 5? das auch als Wasserabscheider wirkt, und ein Steuerschieber 6. Anschliessend an diesen Steuerschieber folgt ein fremd-steuerbares Druckminderventil 7, das den Eingangsdruck p™ an der Drossel 1 bestimmt. Zwischen Druckminderventil 7 und Drossel 1 sowie unmittelbar nach der Drossel 1 ist je ein Manometer 8 zur optischen

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Überwachung der Druckverhältnisse eingeschaltet. Die Drossel 1 steht über eine Verbindungsieitung 9 mit einer die jeweils zu beladende Komponente führendenFörderleit lang 10 in Verbindung. In letzterer liegt ein Strömungsmischer 11, der eine intensive Durc'hmischung der Kunststoffkomponente mit dem Gas bewirkt.

Das Druckminderventil?^ ist vom Komponentendruck p™ selbst gesteuert und steht zu diesem Zweck über eine Leitung 12 und eine darin geschaltete Drossel 13 mit der Förderleitung 10 in Verbindung. Die Drossel 13 soll verhindern, dass in der Förderleitung 10 auftretende Druckschwankungen zum Druckminderventil 7 gelangen. Die Einstellung ist dabei derart, dass durch das Druckminderventil 7 der Gasdruck aus dem Druckreservoir 2 stets auf einen Eingangsdruck p-g am Eingang der Drossel 1 gesenkt wird, der gerade dem doppelten des Komponentendrückes p™ in der Förderleitung 10 entspricht.

In der Verbindungsleitung 9 zwischen der Drossel 1 und der Förderleitung 10 liegen ein Schieber 14 und ein Rückschlagventil 15. letzteres verhindert eine Rückströmung von gasbeladener Kunststoffkomponente in die Verbindungsleitung 9. Ausserdem zweigt von der Verbindungsleitung 9 eine Zweigleitung 16 ab, die ebenfalls einen Schieber 17 sowie ein Druckventil 18 enthält. Das Druckventil 18 ist über eine Verbindungsleitung 19, die zur Förderleitung 10 führt, ab-

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hängig vom darin herrschenden Komponentendruck p™ auf einen Wert einstellbar, der diesem Druck p™ entspricht. Der Ausgang des Druckventiles 18 führt ins Freie. ,

Von der Verbindungsleitung 9 zweigt eine weitere Zweigleitung 20 ab, die durch einen Schieber 21 verschliessbar ist und eine Drossel 22 sowie ein Durchfluss-Mengenmessgerät 23 enthält. Die Zweigleitung 20 mit den darin angeordneten Steuer- und Messorganen dient zum Eichen der Drossel 1. Hierzu werden die Schieber 14 und 17 in Schliessstellung verbracht, während der Hauptschieber h und der Eichschieber 21 geöffnet werden. Der Eingangsdruck p-g wird am Druckminderventil 7 von Hand über eine nicht näher dargestellte Druckeinstellvorrichtung eingestellt. Mit Hilfe der verstellbaren Drossel 22 wird der Komponentendruck simuliert. Daraufhin können in Abhängigkeit vom Komponentendruck ρ« und der an der Drossel 1 ablesbaren Einstellung die Mengendurchflusswerte am Durchfluss-Mengenmessgerät 23 ermittelt und somit Eichkurven erstellt werden. Anhand dieser Eichkurven kann später der gewünschte Mengendurchfluss eingestellt werden.

Im Betrieb der Vorrichtung strömt in der Förderleitung 10 eine Kunststoffkomponente mit einem bestimmten Druck p™. Zu Beginn der Dosierphase stehen der Schieber 6 und der Schieber 14 offen, so dass eine an der Drossel Ί entsprechend einer vorgegebenen Rezeptur eingestellte Gasmenge durch diese sowie durch die Verbindungsleitung 9 in die Förderleitung 10 einströmen kann. IPeu Dv-uckv^^de./· ventil 7 senkt automa—

tisch den wesentlich höheren Druck des Gases aus dem Druck-

mindestens

reservoir 2 auf einen Wert ab, derVdem doppelten des Komponentendruckes p-p entspricht , aus praktischen Erwägungen ab'er nicht wesentlich über diesem kritischen Verhältnis liegen sollte. Am Ende der Dosierphase wirken der in der Verbindungsieitung 9 liegende Schieber 14 sowie der in der Zweigleitung 16 liegende Schieber 1? als Umschaltglied in der Weise, dass der Schieber 14 geschlossen und der Schieber 17 geöffnet wird, so dass der die Drossel 1 durchströmende Gasstrom in die Zweigleitung 16 und zum Druckventil 10 umgeleitet wird. Da das Druckventil 10 auf einen dem Komponentendruck p™ entsprechenden Wert eingestellt ist, bleibt in der Drossel 1 der gleiche Strömungszustand aufrechterhalten, der auch in der Dosierphase geherrscht hat. Es braucht daher am Beginn der nächsten Dosierphase nicht abgewartet zu werden, bis sich in der Drossel 1 wieder der richtige stationäre Strömungszustand einstellt, der die exakte Dosierung entsprechend der vorgegebenen Rezeptur gewährleistet. Vielmehr braucht nur wieder auf die Verbindungsleitung 9 durch entsprechende Betätigung der Schieber 14 und 17 umgeschaltet zu werden. Dadurch werden Rezepturungenauigkeiten und Totzeiten vermieden.

Der Druck im Druckgasreservoir 2 beträgt vorzugsweise 15 bis 20 atü. An dessen Stelle kann auch ein Kompressor mit einem entsprechenden Lieferdruck eingesetzt werden.

Die Gasbeladungsvorrichtung gemäss Figur 2 wird dann einge-

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setzt, wenn die mit Gas zu beladende Komponente nicht über den Sättigungszustand hinaus beladen zu werden braucht. Diese Vorrichtung enthält einen Misch- oder Pufferbehälter 30» der vorzugsweise vertikal angeordnet ist und in die Förderleitung 10 für die Jeweilige Kunststoffkomponente so eingeschaltet ist, dass diese an der Oberseite des Behälters 1 mündet und an dessen Unterseite austritt. Der Pufferbehälter 30 steht über eine Zuleitung 31 mit einem Druckgasreservoir 2 in Verbindung. Die Zuleitung 31 enthält ein einstellbares Druckminderventil 32, mit der der jeweilige Sättigungsdruck eingestellt wird, sowie ein Rückschlagventil 33, das eine Rückströmung in die Zuleitung 31 verhindert. Im oberen Teil des Pufferbehälters 30 befinden sich fünf Gas/Flüssigkeit-Kontaktelemente 34- in Form von Drahtnetzen mit Maschenweiten zwischen 0,05 und 0,5 mm.. Weiterhin ist ein Niveauregler mit einem Pegelfühler 36 vorgesehen, der eine in der eingangsseitigen Förderleitung 10 liegende einstellbare Drossel 37 steuert. Auf diese Weise wird im Pufferbehälter 30 stets ein bestimmtes Komponentenvolumen gehalten.

Die Wirkungsweise der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung ist folgende:

Die flüssige, noch nicht gasbeladene Komponente wird durch die Förderleitung 10 und die einstellbare Drossel 37 der Oberseite des Pufferbehälters 30 zugeführt. Von dort durchströmt sie in einer Vielzahl kleiner Teilströme die Gas/

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Flüssigkeit-Kontaktelemente 34 und gerät damit in innige Berührung mit dem Druckgas, das über das Druckminderventil 32 vom Druckgasreservoir her aus der Zuleitung 31 in den freien Raum des Pufferbehälter 30 über dem Komponentenspiegel einströmt. Der Druck beträgt vorzugsweise 3 bis 10 atü, woraus

sich ein Gasbeladungsgrad zwischen 15 und 70 % für Luft ergibt

in PolyoVi das eine Viskosität von ca. 15ΟΟ cP bei einer Temperatur von 25° C aufweist. Es versteht sich, dass der Druck der an der Oberseite des Pufferbehälters 30 zulaufenden Komponente immer so hoch gewählt wird, dass er über dem am Druckminderventil 32 eingestellten Gasdruck liegt, da andernfalls ein Zulauf in den Pufferbehälter nicht gewährleistet wäre.

Die im Pufferbehälter 30 stehende gasbeladene Flüssigkeit wird durch den im freien Raum vorhandenen Gasdruck über ein in der Förderleitung 10 liegendes Rückschlagventil zum nicht gezeigten Dosierpumpeneinlauf gedrückt. Das Rückschlagventil verhindert eine eventuelle Rückströmung infolge von Druckstössen od.dgl..

Der Niveauregler 35» 36 steuert entsprechend der Entnahme an Komponente aus dem Pufferbehälter 30 die Drossel 37 so, dass stets ein bestimmter Komponentenstand im Pufferbehälter 30 gewährleistet ist. Es versteht sich, dass die Drossel 37

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auf direktem mechanischem Wege oder über elektrohydraulische Servoglieder od.dgl. gesteuert werden kann. Die Querschnittsänderung zwischen geschlossener und geöffneter Stellung der Drossel 37 erfolgt zweckmassigerweise stetig.

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Claims

Patent- (Schutz-) Ansprüche

1.) Vorrichtung zur Herstellung von Normteilen aus sich aus mehreren Komponenten bildenden Kunststoffen in einer Giessform, mit einer der Anzahl der Komponenten entsprechenden Anzahl von Vorratsbehältern, einem der Giessform vorgeschalteten Mischkopf und je einer in die von den Vorratsbehältern zu dem Mischkopf führenden Leitungen eingeschalteten Dosierpumpe für die Komponenten, wobei je eine Heizeinrichtung zum Temperieren der Komponenten und der Giessform sowie eine Vorrichtung zum Beladen der Komponenten mit Gas vorgesehen sind (nach Patent ... (Patentanmeldung P 23 31 241,6)), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Beladen der Komponenten mit Gas eine einstellbare Drossel (1) aufweist, die in eine Zuleitung (3, 9) von einem Druckgasreservoir (2) zu einer die jeweilige Komponente führenden Leitung (10) eingeschaltet ist, und dass der an der Drossel (1) anliegende Eingangsdruck (p_E) des Gases mindestens doppelt so hoch wie der Komponentendruck (p™) ist.

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2. Vorrichtung nach Anspruüh 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drossel (1) ein steuerbares Druckminderventil (7) vorgeschaltet ist, das über eine Verbindung (12, 13) zu der die jeweilige Komponente führenden Leitung (10) vom Komponentendruck (p™) gesteuert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung (9) zwischen der Drossel (1) und der die jeweilige Komponente führenden Leitung (10) ein Umschaltglied (14 und 1?) auf eine zweite Leitung (16) liegt, die über ein vom Komponentendruck (p_F) gesteuertes Druckventil (18) ins Freie führt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Drosseln (1) zueinander parallel geschaltet sind.

5· Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen aus sich aus mehreren Komponenten bildenden Kunststoffen in einer Giessform, mit einer der Anzahl der Komponenten entsprechenden Anzahl von Vorratsbehältern, einem der Giessform vorgeschalteten Mischkopf und je einer in die von den Vorratsbehältern zu dem Mischkopf führenden Leitung eingeschalteten Dosierpumpe für die Komponenten, wobei je eine Heizeinrichtung zum Tem-

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perieren der Komponenten und der Giessform sowie eine Vorrichtung zum Beladen der Komponenten mit Gas vorgesehen sind (nach Patent ... (Patentanmeldung P 23 31 241.6)), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Beladen der Komponenten mit Gas einen in eine die jeweilige Komponente führende Leitung (10) eingeschalteten Pufferbehälter (30) umfasst, der von einem Druckgasreservoir (2) her mit Druckgas beaufschlagt ist und durch den die Komponente über Gas/Flüssigkeit-Kontaktelemente (3^) gefördert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferbehälter (30) nur teilweise mit der Komponente gefüllt ist und der Zulauf an Komponente in den Pufferbehälter (30) in Abhängigkeit von der Füllhöhe gesteuert ist.

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