DE2507580A1

DE2507580A1 - Vorrichtung zum zufuehren fliessfaehigen materials unter druck

Info

Publication number: DE2507580A1
Application number: DE19752507580
Authority: DE
Inventors: Kurt Moser; Alfred Schlieckmann
Original assignee: Upjohn Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1975-02-21
Filing date: 1975-02-21
Publication date: 1976-09-09
Also published as: DD122219A5; US4056122A; SU620197A3; GB1477116A; SE414140B; IT1054222B; SE7601869L; NL175597C; FR2301373A1; FR2301373B1; DE2507580B2; NL7600878A; JPS5197672A; DE2507580C3

Description

PATENTANWÄLTE

HENKEL, KERN, FEILER & HÄNZEL

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The Upjohn Company 2507580

Kalamazoo, Michigan, V.St.A.

Vorrichtung zum Zuführen fließfähigen Materials unter Druck

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen fließfähigen Materials unter Druck, insbesondere zum Zuführen der miteinander zu vermischenden Kunststoffkomponenten zu mindestens einem Mischkopf einer Reaktionsschaumguß-Anlage mit einem Vorratsbehälter für das Material, mit einer den Vorratsbehälter mit einem Einlaßventil verbindenden Zulaufleitung, mit einer das Einlaßventil mit dem Vorratsbehälter verbindenden Rücklaufleitung, mit einer in der Zulaufleitung liegenden Förderpumpe und mit einem in der Rücklaufleitung liegenden Absperrhahn, wobei das Einlaßventil in geöffnetem Zustand die Zulauf- und die Rücklaufleitung mit dem zu beschickenden Raum, insbesondere der Mischkammer des Mischkopfes, verbindet und in geschlossenem Zustand die Zulauf- und die Rücklaufleitung unter Abtrennung von dem zu beschickenden Raum miteinander verbindet.

Wird ein fließfähiges Material unter Druck einem mit diesem Material zu beschickenden Raum zugeführt, wobei die Zuführungszeiten durch Zeiten unterbrochen werden, in denen kein Material zugeführt werden soll, so ist es häufig üblich, während diesen Unterbrechungszeiten das fließfähige

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Material über eine Rücklaufleitung zirkulieren zu lassen, Eine solche Zirkulation ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn das fließfähige Material dazu neigt, zu erstarren oder sich an den Leitungswänden festzusetzen. In diesem Fall wird durch die Zirkulation während der Pausenzeiten das fließfähige Material in Bewegung gehalten, um ein solches Festsetzen zu verhindern.

Ein Beispiel, für das sich die Erfindung besonders eignet, ist das Reaktionsschaumgußverfahren. Bei diesem Verfahren werden zwei oder mehrere Kunststoff komponenten einem Mischkopf zugeführt, wo sie vermischt und in die Gußform eingespritzt werden. Um die Kunststoffkomponenten nur während der Einspritzzeiten dem Mischkopf zuzuführen, ist es bisher üblich, für jede Komponente ein Einlaßventil an dem Mischkopf vorzusehen, das während der Einspritzzeiten geöffnet und in den Pausenzeiten geschlossen wird. Die fließfähige Kunststoff komponente wird durch eine Förderpumpe von einem Vorratsbehälter über eine Zulaufleitung zu diesem Einlaßventil gefördert. Um eine Zirkulation der Kunststoffkomponente während der Pausenzeiten zu ermöglichen, ist das Einlaßventil außerdem mit einer Rücklaufleitung verbunden, die zu diesem Vorratsbehälter zurückführt. Während der Pausenzeiten verschließt das Einlaßventil die von diesen Leitungen zu dem zu beschickenden Raum, in diesem Falle zu der Mischkammer des Mischkopfes, führende Öffnung, wobei nur noch die Verbindung zwischen Zulauf- und Rücklaufleitung offenbleibt, so daß das Kunststoffmaterial in diesem Leitungssystem zu dem Vorratsbehälter zurück zirkulieren kann. Während der Einspritzperioden wird das Einlaßventil geöffnet, so daß die Verbindung zwischen der Zulauf- und der Rücklaufleitung und der mit dem Kunststoffmaterial zu beschickenden Mischkammer hergestellt wird. Außerdem wird ein sich in der Rücklaufleitung befindender Absperrhahn geschlossen, der die Zirkulation unterbricht, so daß durch die Förderpumpe in der

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Zulaufleitung ein Druck aufgebaut werden kann, der das Kunststoffmaterial durch das Einlaßventil in die Mischkammer des Mischkopfes einpreßt.

Der Nachteil dieser bekannten Zuführungsvorrichtung besteht darin, daß der gesamte Kunststoffmaterialstrom auch während der Pausenzeiten zwischen den einzelnen Einspritzperioden über das Einlaßventil des Mischkopfes gefördert werden muß. Infolge der verhältnismäßig großen Viskosität des Kunststoffmaterials führt dies zu einer starken Erwärmung dieses Materials, was zusätzliche Kühleinrichtungen in dem Leitungssystem erforderlich macht. Um die Erwärmung möglichst gering zu halten, müssen die Leitungsquerschnitte, die Querschnitte der Zuleitungen zu dem Mischkopf und die Durchtrittsquerschnitte in dem Mischkopf groß gemacht werden, was die gesamten Abmessungen und den Aufwand der Anlage erhöht und den Mischkopf unhandlich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung zum Zuführen fließfähigen Materials unter Druck ai schaffen, die auch „bei Materialien mit einer relativ hohen Viskosität mit verhältnismäßig kleinen Querschnitten auskommt, ohne daß eine übermäßige Erwärmung des Materials auftritt.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch eine Bypaßleitung, die_;das Einlaßventil überbrückend die Zulaufleitung mit der Rücklaufleitung verbindet.

Da die erfindungsgemäß zusätzlich vorgesehene Bypaßleitung das Einlaßventil des Mischkopfes überbrückt, wird nur eine Teilmenge des Materials während der Zirkulation über den Mischkopf gefördert, während die restliche Menge über diese

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Bypaßleitung fließt. Die Bypaßleitung wirkt daher wie eine zusätzliche Vergrößerung des Durchtrittquerschnitts des Mischkopfes, so daß die Erwärmung des Kunststoffmaterials verringert wird. Während der Einspritzperioden wird der Absperrhahn, der sich hinter der Abzweigstelle der Bypaßleitung in der Rücklaufleitung befindet, geschlossen, so daß das Kunststoffmaterial sowohl durch die Zulaufleitung als auch über die Bypaßleitung durch die Rücklaufleitung zu dem Einlaßventil gefördert und in die Mischkammer des Mischkopfes gepreßt wird. Da während der Einspritzzeiten sowohl die Zulaufleitung als auch die Rücklaufleitung zur Zuführung des Materials zu dem Einlaßventil dienen, addieren sich während dieser Einspritzzeiten die Querschnitte dieser beiden Leitungen für die Materialzuführung, so daß auch hier die kleineren Leitungsquerschnitte und Anschlußquerschnitte an den Mischkopf ausreichen.

Zweckmäßigerweise werden die Querschnitte der Zulauf- und der Rücklaufleitungen zwischen den Abzweigstellen der Bypaßleitung und dem Einlaßventil kleiner gemacht als die Querschnitte dieser Leitungen zwischen diesen Abzweigstellen und dem Vorratsbehälter und als der Querschnitt der Bypaßleitung. Da sich bei geschlossenem Einlaßventil und geöffnetem Absperrhahn während der Zirkulation die Durchflußmengen über das Einlaßventil des Mischkopfes und über die Bypaßleitung entsprechend den Strömungswiderständen dieser Leitungen verzweigen, wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung sichergestellt, daß während der Zirkulationsphase nur eine geringe Materialmenge über den Mischkopf gefördert wird. Diese Materialmenge ist durch die Wahl der Querschnitte einstellbar. Eine zusätzliche Verstellbarkeit der Querschnittverhältnisse auch während des Betriebs kann dadurch erreicht werden, daß die Bypaßleitung eine veränderliche einstellbare Drossel aufweist. Der größte Teil der Materialmenge zirkuliert über die Bypaßleitung mit dem größeren

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Querschnitt und wird daher nur unwesentlich erwärmt. Die Kühleinrichtungen in dem ZirkulatL onssystem können daher wesentlich kleiner gehalten werden, was die Anlage verbilligt und ihre Abmessungen verringert. Da außerdem die Anschlüsse an den Mischkopf und die Durchflußquerschnitte in dem Mischkopf verkleinert werden, wird auch der gesamte Mischkopf kleiner und seine Handhabung wird einfacher.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Zulaufleitung und die Rücklaufleitung im Bereich zwischen den Abzweigstellen und der Bypaßleitung und dem Einlaßventil als koaxial ineinanderliegende Schläuche ausgebildet. Dies hat den Vorteil, daß nur eine Zuleitung zu dem Mischkopf führt, was die Vorrichtung sowohl optisch verbessert, als auch die Handhabung vereinfacht. Ein wesentlicher Vorteil besteht bei dieser Ausführungsform außerdem noch darin, daß der innere der beiden ineinanderliegenden Schläuche während der Einspritzperioden von dem unter Druck stehenden Material in dem äußeren Schlauch umgeben ist, so daß dieser innere Schlauch nur isostatisch belastet wird und trotz des verwendeten Druckes des Kunststoff materials als Niederdruckschlauch ausgelegt werden kann.

Zweckmäßigerweise befindet sich die Bypaßleitung innerhalb des räumlich von dem Einlaßventil bzw. dem Mischkopf getrennten Maschinengehäuse, das die Förderpumpe, den Vorratsbehälter und die übrigen erforderlichen Einrichtungen enthält. Der Mischkopf ist dabei nur durch die Zulauf- und die Rücklaufleitung, die außerdem ineinanderliegen können, mit dem Maschinengehäuse verbunden, so daß die Handhabung des Mischkopfes besonders günstig wird. Weiter können auch mehrere parallel beschickte Mischköpfe mit Einlaßventilen durch eine gemeinsame Bypaßleitung überbrückt werden.

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Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden, deren einzige Figur schematisch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung in Anwendung auf die Zuführung der verschiedenen Kunststoffkomponenten zu dem Mischkopf einer Spritzgußanlage dargestellt.

Der Mischkopf 10 weist eine Mischkammer 12 auf, in der ein Stempel 14 verschiebbar ist, der das Kunsts to ff gemisch aus der Mischkammer in die Spritzgußform preßt. Die Mischkammer 12 steht über Öffnungen mit den Ventilkammern 18, 18' von zwei Einlaßventilen 16, 16¹ in Verbindung. In den Ventilkammern 18, 18' ist ein verschiebbarer Kolben 20, 20^f angeordnet, der in eine Spitze ausläuft, die die Verbindungsöffnung zwischen der Ventilkammer und der Mischkammer in der Art eines Nadelventils verschließen kann.

Die Vorrichtung zum Zuführen der jeweiligen Kunststoff komponenten zu diesen Einlaßventilen 16 bzw. 16¹ ist in der Zeichnung nur für das eine Einlaßventil 16 dargestellt, da die Vorrichtung für das andere Einlaßventil 16' ganz entsprechend aufgebaut ist.

Diese Zuführungsvorrichtung weist einen Vorratsbehälter 22 auf, in dem sich die Kunststoff komponente in fließfähigem Zustand befindet. Aus diesem Vorratsbehälter 22 wird das Kunststoff ma te rial durch eine Förderpumpe 24 über eine Zulaufleitung 26, 26' in die Ventilkammer 18 des Einlaßventils 16 gepumpt. Die Einlaßkammer 18 steht außerdem mit einer Rücklauf leitung 28', 28 in Verbindung, die wieder zurück zu dem Vorratsbehälter 22 führt. In dieser Rücklaufleitung 28

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befindet sich ein Absperrhahn 30 und ein Wärmetauscher 32, der in diesem Fall eine Kühleinrichtung ist, um das zirkulierende Material auf der vorgeschriebenen Temperatur zu halten. Insoweit entspricht die Vorrichtung dem bisher üblichen Stand der Technik.

Zusätzlich weist die Vorrichtung noch eine Bypaßleitung 34 auf, die die Zulaufleitung 26, 26'mit der Rücklaufleitung 28, 28^f verbindet. Die Abzweigungsstelle 36 der Bypaßleitung 34 von der Zulaufleitung findet sich zwischen der Förderpumpe 24 und dem Anschluß der Zulaufleitung an das Einlaßventil 16. Die Abzweigungsstelle 36' der Bypaßleitung 34 von der Rücklaufleitung befindet sich zwischen der Anschlußstelle der Rücklaufleitung an das Einlaßventil und dem Absperrhahn 30. Der Querschnitt der Zulaufleitung 26 vor der Abzweigstelle 36 der Bypaßleitung, der Querschnitt der Bypaßleitung 34 und der Querschnitt der Rücklaufleitung 28 hinter der Abzweigstelle 36' sind größer als die Querschnitte der Zulaufleitung 26' hinter der Abzweigstelle 36 und der Rücklaufleitung 28· vor der Abzweigstelle 36¹. Vorzugsweise sind diese Querschnitte doppelt so groß.

Weiter ist in der Bypaßleitung -34 eine Drossel 35 mit einstellbar veränderlichem Leitungsquerschnitt angeordnet. Dadurch ist es möglich, die Querschnittsverhältnisse der Bypaßleitung und der Zu- bzw. Rücklaufleitungen optimal den Betriebsbedingungen anzupassen. Diese Anpassung kann insbesondere auch während des Betriebs geschehen.

Die Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise:

In den Pausen zwischen den Einspritzperioden ist das Einlaßventil 16 geschlossen, so daß kein Kunststoffmaterial aus der Ventilkammer 18 in die Mischkammer 12 eintreten kann.

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Außerdem ist der Absperrhahn 30 geöffnet. Das Kunststoffmaterial wird aus dem Vorratsbehälter 22 durch die Pumpe 24 über die Zulaufleitung 26 gepumpt. An der Abzweigstelle 36 verzweigt sich der Materialstrom, wobei der größere Mengenanteil über die Bypaßleitung 34 und die Rücklaufleitung 28 in den Vorratsbehälter 22 zurückströmt. Der kleinere Mengenanteil fließt über die Zulaufleitung 26·, die Ventilkammer 18, die Rücklaufleitung 28' und die Rücklaufleitung 28 zu dem Vorratsbehälter 22 zurück. Nur dieser kleinere Mengenanteil wird infolge der geringeren Strömungsquerschnitte wesentlich erwärmt. Die Kühleinrichtung 32 in der Rücklaufleitung 28 führt diese erzeugte Wärmemenge ab.

Während der Einspritzperioden ist das Einlaßventil 16 geöffnet und der Absperrhahn 30 geschlossen. Da infolge des geschlossenen Absperrhahns 30 eine Rückzirkulation des Kunststoff materials über die Rücklaufleitung 28 verhindert wird, wird das Kunststoffmaterial durch die Pumpe 24 über die Zulaufleitung 26 zu der Verzweigungsstelle 36 gepumpt. Von dort fließt das Kunststoffmaterial sowohl über die Zulaufleitung 26' als auch über die Bypaßleitung 34 und die Rücklaufleitung 28^f zu der Ventilkammer 18, von wo es durch den von der Pumpe 24 erzeugten Druck in die Mischkammer 12 eingepreßt wird. Die Querschnitte der Zulaufleitung 26' und der Rücklaufleitung 28' betragen vorzugsweise die Hälfte des Querschnitts der Zulaufleitung 26, so daß der Gesamtquerschnitt für die Materialzuführung zu dem Einlaßventil 16 unverändert bleibt.

Die Bypaßleitung 34 befindet sich vorteilhafterweise innerhalb des durch die gestrichelten Linien angedeuteten Maschinengehäuses 38, das die Pumpe 24, den Vorratsbehälter 22, die Kühleinrichtung 32 und das Absperrventil 30 sowie die nicht dargestellten sonstigen erforderlichen Einrichtungen enthält. Von diesem Maschinengehäuse 38 führen daher nur die Zulaufleitung 26' und die Rücklaufleitung 28^! zu dem Mischkopf,

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Claims

Patentansprüche

λ Vorrichtung zum Zuführen fließfähigen Materials unter J Druck, insbesondere zum Zuführen der miteinander zu vermischenden Kunststoffkomponenten zu mindestens einem Mischkopf einer Reaktionsschaumguß-Anlage, mit einem Vorratsbehälter für das Material, mit einer den Vorratsbehälter mit einem Einlaßventil verbindenden Zulaufleitung, mit einer das Einlaßventil mit dem Vorratsbehälter verbindenden Rücklaufleitung, mit einer in der Zulaufleitung liegenden Förderpumpe und mit einem in der Rücklaufleitung liegenden Absperrhahn, wobei das Einlaßventil in geöffnetem Zustand die Zulauf- und Rücklaufleitung mit dem zu beschickenden Raum, insbesondere der Mischkammer des Mischkopfes, verbindet und in geschlossenem Zustand die Zulauf- und die Rücklaufleitung unter Abtrennung von dem zu beschickenden Raum miteinander verbindet, gekennzeichnet durch eine Bypaßleitung (34), die das Einlaßventil (16) überbrückend die Zulaufleitung (26, 26') mit der Rücklaufleitung (28, 28') verbindet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daC die Querschnitte der Zulauf- (26·) und der Rücklaufleitung (28^f) zwischen den Abzweigstellen (36, 36') der Bypaßleitung (34) und dem Einlaßventil (16) kleiner sind als die Querschnitte dieser Leitungen (26 bzw. 28) zwischen diesen Abzweigstellen und dem Vorratsbehälter (22) und als der Querschnitt der Bypaßleitung.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypaßleitung (34) eine einstellbar veränderliche Drossel (35) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3» dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Zulaufleitung (26¹) und die Rücklaufleitung (28¹) im Bereich zwischen den Abzweigstellen (36 bzw. 36·) der Bypaßleitung (34) und dem Einlaßventil (16) als koaxial ineinanderliegende Schläuche ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere der beiden ineinanderliegenden Schläuche ein Niederdruckschlauch ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bypaßleitung (34) innerhalb des räumlich von dem Einlaßventil (16) getrennten, Förderpumpe (24), Vorratsbehälter (22) und dgl. enthaltenden Maschinengehäuses (38) befindet.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Bypaßleitung (34), die, die Einlaßventile mehrerer Mischköpfe überbrückend, die Zulaufleitung mit der Rücklaufleitung verbindet, wobei die Mischköpfe parallel nebeneinander zwischen Zulauf- und Rücklaufleitung geschaltet sind·

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