DE2530018A1 - Mischduese zum homogenen mischen mehrerer reaktionsfaehiger, fluessiger komponenten - Google Patents

Description

HENKEL, KERN, FEILER&HÄNZEL

BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UND TPLEX: 05 29 802 HNKL D ρηΐΙΔΒΓ» «ΓΗΜΙΠ STRASSF "> WECHSELBANK MÜNCHEN Nr. 318-85 III

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Tl LEGRAMME: ELLIPSOID MÜNCHEN

The Upjohn Company *· JULI 1975

Kalamazoo, Mich., V.St.A.

hischdüse zum homogenen Mischen mehrerer reaktionsfähiger, flüssiger Komponenten

Die Erfindung bezieht sich auf Düsen zum Vermischen von flüssigen Komponenten, die bei Kontaktierung miteinander reagieren und sich schnell zu einer hochviskosen und schließlich voll ausgehärteten polymerisierten Masse umsetzen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung und zum Austragen von Polyurethanschaumgemischen für das Gießen oder Formen von Schaumstoff-ITormkörpern.

Eine der bei der Vereinigung verschiedener flüssiger Komponenten der bei der Herstellung von polymerisierbaren Kunststoff- oder Kunstharzgemischen verwendeten Art auftretenden Schwierigkeiten liegt im homogenen Vermischen der einzelnen Komponenten zu einer homogenen Flüssigkeitsmasse in der Weise, daß die Isotropie der Zellenstruktur des Endprodukts nicht beeinträchtigt wird, und im anschließenden Austragen des Gemisches in der Weise, daß eine wesentliche Gelbildung und die davon herrührende Ansammlung von anhaftendem Feststoff innerhalb der "toten" Räume des Mischkopfes und der

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Düse der Vorrichtung vermieden werden. Es wurden bereits zahlreiche Misch- und Austragdüsen für die Verarbeitung von Produkten der angegebenen Art vorgeschlagen. Diese Düsen weisen im allgemeinen irgendeine Art einer Kammer auf, in welche die einzelnen reaktionsfähigen Komponenten eingeleitet werden, um darin vermischt oder durchgerührt und anschließend in eine Gießform oder in einen anderen Behälter ausgetragen zu werden, in welcher bzw. welchem das Polymergemisch verbleibt, bis es vollständig polymerisiert oder ausgehärtet ist. Bei der üblichen Mischerkonstruktion sind normalerweise ein Gehäuse und ein damit zusammenwirkender Rotor bzw. Rührwerk vorgesehen, wobei Vorkehrungen für die Einführung der einzelnen reaktionsfähigen, zu vermischenden Komponenten an einer bestimmten Stelle in das Gehäuse getroffen sind. Die eingeführten einzelnen, flüssigen Komponenten werden in einem Korb- oder Aufnehmerteil miteinander vereinigt, um daraufhin durch am Rotor vorgesehene Flügel oder Schaufeln zu einem Mischteil gefördert zu werden, in welchem ein stärkeres Rühren bzw. Durchmischen und Homogenisieren der Masse erfolgt. Das Gemisch wird schließlich zu einem Austragteil des Gehäuses überführt und über eine Austragöffnung in eine Gießform bzw. Kokille o.dgl. Formeinrichtung ausgetragen.

Die bisher für diesen Zweck entwickelten Vorrichtungen reichen bezüglich ihrer Konstruktion von vergleichsweise einfachen Misch- oder Rühranordnungen bis zu mechanisch hochentwickelten, komplizierten Homogenisatorkonstruktionen. Typische.-Düsenkonstruktionen verhältnis-

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mäßig einfacher Art sind z.B. in den US-PSen 2 857 144,

2 969 96o und 3 o67 987 beschrieben. Mechanisch kompliziertere Vorrichtungen sind/z.B. in den US-PSen 3 1o2 oo4,

3 362 919, 3 42o 506, 3 608 87o und 3 774 887 offenbart. Bei allen diesen Mischdüsen wurde besonderer Wert auf die Erzielung von Homogenität des endgültig erhaltenen Gemisches gelegt, weil diese Homogenität einen sehr großen Einfluß auf die physikalischen Eigenschaften des polymerisierten Endprodukts hat. Dies trifft besonders auf Polymersclraumgemische zu.

Bei derartigen Vorrichtungen treten Schwierigkeiten aufgrund der allmählichen Ansammlung und Zusammenballung despolymerisierten Produkts in den Zwischenräumen oder "Toträumen¹¹ des Mischkopfes auf, und zwar insbesondere dann, wenn die Misch- und Austragvorgänge unterbrochen oder intermittierend durchgeführt werden müssen, wie dies häufig beim Arbeiten mit einer mehrere Stationen aufweisenden Form wünschenswert ist. Palis die Düse im Betrieb nicht häufig sorgfältig gereinigt oder durchgespült wird, wird sie schnell verstopft, so daß die Arbeiten erst nach Beseitigung dieses Zustands fortgesetzt werden können. Ein Verfahren, durch welches dieser Störungszustand ausgeschaltet werden soll, besteht im Durchspülen des Innenraums der Mischdüse mit einem zweckmäßigen organischen Lösungsmittel, indem dieses in kurzen Abständen, z.B. nach jedem Austragvorgang, mit hohem Druck durch die Ms© hindurchgepreßt wird. Dieses Verfahren ist jedoch nicht nur bezüglich des Lösungsmittelverbrauchs aufwendig, vielmehr steht häufig zwischen den einzelnen Austragvorgängen, wenn eine Mehrstationen-Gießform verwendet wird, zu wenig Zeit für eine solche Behandlung zur Verfügung. Von gleicher Wichtigkeit ist,

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dafür Sorge zu tragen, daß nach Abschluß des Spülvorgangs kein Lösungsmittel in der Mischdüse verbleibt, welches die Zusammensetzung des anschließend eingeführten Polymergemisches verändern könnte.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Mischdüse für den angegebenen Zweck, die sich unter den Bedingungen eines intermittierenden Betriebs ohne Notwendigkeit für ein Losungsmittelspulen kontinuierlich selbst reinigt. Zu diesem Zweck sind bei der beschriebenen Mischdüse alle statischen oder "toten" Bereiche im Düseninneren auf ein Mindetmaß verringert, welche Stellen bilden würden, an denen sich das umgesetzte Polymere absetzen könnte· Diese Düsenkonstruktion soll dabei gleichzeitig eine verbesserte Homogenität des Komponentengemisches gewährleisten, dabei aber jede grobe physikausche Rührwirkung bzw. Durchmischung des Gemisches vermeiden, durch welche "Restspannungen" eingeführt werden könnten, die sich erst später als unregelmäßiges, ungleichförmiges Zellgefüge im Endprodukt zeigen.

Die genannte Aufgabe wird bei einer Mischdüse zum homogenen Vermischen mehrerer reaktionsfähiger flüssiger Komponenten zwecks Bildung eines schnell polymerisierenden, viskosen Gemisches erfindungsgemäß gelöst durch ein Gehäuse mit einer kegelstumpfförmigen Innenwand, die sich von einem Komponenten-Aufnahmeende zu einem Gemisch-Austragende erstreckt, wobei die weitere Grundfläche der Kegelstumpfform am Komponenten-Aufnahmeende liegt, durch Verschlußeinrichtungen für die beiden Enden des Gehäuses, wobei die Verschlußeinrichtung am Kompo-

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nenten-Aufnähmeende Einrichtungen zur Einleitung der reaktionsfähigen flüssigen Komponenten und die Verschlußeinrichtung am Gemisch-Austragende eine Einrichtung zur Ermöglichung eines Austrags des homogenisierten Polymergemisches aufweist, und durch einen koaxial im Gehäuse angeordneten Homogenisier-Rotor mit einer der Gehäuse-Innenwand komplementären Umfangskonfiguration, mit einer Einrichtung zur drehbaren Lagerung des Rotors koaxial zum Gehäuse, wobei der Rotor mit seiner Umfangsfläche in Abstreifberührung mit den entsprechenden komplementären Flächen des Gehäuses und der Verschlußeinrxchtungen steht, sowie dadurch, daß der Rotor in seiner Stirnfläche, welche der Verschlußeinrichtung am Komponenten-Aufnahmeende der Mischkammer komplementär angepaßt ist, eine Anzahl von radial gerichteten, Verteilerschaufeln bildenden Ausnehmungen und auf seiner kegelstumpfförmigen Fläche Rippen aufweist, die auf dieser Fläche eine Spiralwendel (spiro-helix) bilden, v/obei die Außenenden der Rippen mit der komplementären Gehäusefläche in Abstreifberührung stehen, daß Nuten vorgesehen sind, die sich pfeil- oder wendelspiralig (spiro-helical) längs der Rotorfläche erstrecken und die Rippen unter Bildung von unterbrochenen Rippensegmenten schneiden, und daß eine Einrichtung zum Antreiben des Rotors vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Mischdüse weist also ein Gehäuse mit einer im wesentlichen kegelstumpfförmigen Innenwand auf, wobei in diesem Gehäuse ein komplementär kegelstumpfförmiger Sotor drehbar gelagert ist. Das Mischdüsengehäuse ist abnehmbar an einer Stirnfläche eines Mischkopfes befestigt, dem die verschiedenen flüssigen Komponenten für die Zufuhr zu Öffnungen oder

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Zulassen in der Mischkopf-Stirnfläche zugeliefert werden, wobei diese Zulasse mit dem weiteren, die Komponenten aufnehmenden Ende des Mischdüsengehäuses in Verbindung stehen. Der Rotor ist seinerseits mit einer Umfangs- oder Mantelfläche einer Konfiguration versehen, welche der Innenseite des Gehäuses und der Stirnfläche des Mischkopfes im Bereich der erwähnten Zulasse angepaßt ist, so daß über den gesamten Mischbereich hinweg eine ständige Abstreif- oder Wischberührung zwischen dem Rotor und dem Gehäuse aufrechterhalten wird. Am weiteren Ende des Rotors vorgesehene Verteilerschaufeln stehen in enger Abstreifberührung mit der Zulaß-Stirnflache des Mischkopfes, und sie wirken dabei als Schranken oder Sperren zur Reduzierung eines Querstroms vom einen Komponentenzulaß zum anderen über die Stirnfläche des Rotors hinweg. Diese Schaufeln unterstützen die Förderung der flüssigen Komponenten in Radialrichtung zur Kegelstumpffläche des Mischdüsengehäuses. Mit dieser Kegelstumpffläche wirken am Rotor vorgesehene, spiralig bzw. wendelförmig angeordnete Rippen zusammen, deren Scheitelpunkte in leichter Anlageberührung mit der Seitenwand des Gehäuses stehen. Die Mischdüsenwand und der mit Rippen besetzte Rotor bilden somit gemeinsam eine wendel- oder pfeilspiralige (spiro-helical) Kammer mit einem gleichförmigen, im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, die sich längs der Grenzfläche zwischen Rotor und Gehäuse zu einem Auslaß am schlankeren Ende des Gehäuses erstreckt. Der Rotor wird über eine zweckmäßige Welle durch einen Motor angetrieben, wobei die Umfangsrippen eine solche Steigung besitzen, daß sie die Bewegung des Polymergemisches durch das Gehäuse begünstigen. Die einwandfreie Homogenisierung der Polymerkomponenten wird durch eine spezielle Rippenkonfiguration verbessert, bei welcher die erhabenen Rippen

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durch eine oder mehrere, diese Rippen schneidende Nuten mit unterschiedlicher Steigung, Jedoch ebenfalls mit wendel- oder pfeilspiraliger (spiro-helical) Form unterbrochen sind. Durch diese Nuten werden unterbrochene Rippensegmente mit dazwischen festgelegten Durchgängen gebildet, so daß das Polymergemisch in begrenztem Maß aus jeweils einer Spiralkammer zur benachbarten zu zirkulieren vermag. Am schlankeren, für den Gemischaustrag dienenden Ende des Gehäuses ist eine abnehmbare Stirnoder Endkappe mit einer zweckmäßigen Austragdüse vorgesehen, über welche das gemischte Produkt aus der Mischdüse ausgetragen wird.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Mischdüse gemäß der Erfindung ohne den Kühlmantel,

Pig. 2 einen zur besseren Veranschaulichung teilweise weggebrochenen Längsschnitt durch die Mischdüse und den diese umschließenden Kühlmantel,

Fog. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 inFig. 2, Fig. 4- eine Seitenansicht des Rotors und

Fig. 5 eine Flachprojektion bzw. Abwicklung der Rotoroberfläche.

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Die in Fig. 1 in auseinandergezogenea? Darstellung veranschaulichte Mischdüse 1o besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 12, einem Rotor 14 und einer mit Gewinde versehenen Endkappe 16. Im betrieblichen Zusammenbauzustand gemäß Fig. 2 ist die Mischdüse 1o abnehmbar an der Unterseite eines Körpers 18 eines Mischkopfes 2o der Art montiert, wie sie üblicherweise bei Anlagen für die Polyurethan- und dgl. Polymerschaumstoffherstellung verwendet wird. Die Mischdüse 1o ist dabei trennbar auf einen mit Gewinde versehenen Anguß 22 an der Unterseite des Körpers des Mischkopfes 2o aufgeschraubt, wobei der Anguß in eine Gewindebohrung 24 des Gehäuses eingreift. Das Mischdüsengehäuse ist von einem Kühlmantel 26 umschlossen, der durch die auf das untere Ende des Mischdüsengehäuses aufgeschraubte Endkappe 16 in seiner Lage gehalten wird. Dichtungen 28 dienen zur Herstellung einer wasserdichten Abdichtung zwischen dem Kühlmantel 26 und der Außenseite des Gehäuses 12 an Schultern 3g und 31, so daß eine über Zuleitungen 34 beschickte Kühlmittelkammer 32 gebildet wird.

Das offeneSdige Gehäuse 12 besitzt eine Innenfläche 13 mit einer glatten Kegelstumpfform. Der Rotor 14 ist komplementär kegelstumpfförmig ausgebildet. Eine bei 38 im Mischkopf 2o gelagerte Welle 36 ist in den unteren Teil einer im Rotor 14 ausgebildeten, abgesetzten Bohrung 4o eingeschraubt, und ein nicht dargestellter Motor ist für den Antrieb des Rotors mit der Welle verbunden. Die Welle 36 ist mit einer diametralen Bohrung zur Aufnahme eines Sicherungs- oder Haltestifts 42 versehen, der

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sich im oberen Ende des erweiterten bzw. aufgebohrten Teils der Bohrung 4o befindet. Eine mit einer Ausnehmung zur Aufnahme und Festlegung des Haltestifts 42 versehene, ringförmige Lagerdichtung 44 umschließt die Welle und bildet eine Gleitdichtung an der abgestuften bzw. erweiterten oberen Wand der Bohrung 4o. Die Lagerdichtung 44 wird dabei durch eine die Welle 36 umgebende Schraubenfeder 46 axial nach oben gedrückt. Die Feder 46 stützt sich mit ihrem unteren Ende an einer Stufe 48 der Bohrung 4o ab, und sie liegt an einer zwischen sie und die Lagerdichtung 44 eingefügten Scheibe 5o an. Die Lagerdichtung 44 wird auf diese V/eise an die Unterseite des Angusses 22 des Mischkopfes angedrückt, so daß sie die Welle 36 und das Wellenlager 38 gegenüber dem Inneren des Gehäuses 12 abdichtet. In einer am oberen Ende der Bohrung 4o in deren Innenwand ausgebildeten Ringnut 54- ist ein O-Ring 52 angeordnet, der innerhalb der Bohrung 4o an der Umfangsflache der Lagerdichtung 44 anliegt.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die abgestufte Bohrung 4o von der an der Stirnfläche des Angusses 22 anliegenden weiteren Grundfläche 56, an welcher die Komponenten eingeführt werden, her in den Rotor eingebohrt. In die diese Bohrung umschließende Umfangsflache des Rotors 14 sind an dessen Stirnfläche mehrere radial gerichtete Taschen bzw. Ausnehmungen 58 eingefräst, welche aus Fig. 3 besser ersichtliche Verteilerschaufeln 6o bilden. Die Verteilerschaufeln 6o, die in Axialrichtung eine vergleichsweise geringe Tiefe besitzen, stehen von einem kreisförmigen Steg- oder Rabenabschnitt 62 des Rotors radial nach außen ab. Die Oberseiten dieser Verteilerschaufeln && liegen an der Stirnfläche des Angusses 22 an, so daß sie diese Stirnfläche bei sich drehendem Rotor effektiv abstreifen.

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- 1ο -

Die flüssigen Komponenten des Polymergemisches werden über Zuleitungen 64 zu getrennten Kanälen 66 im Mischkopf 2ozugeführt, wobei in diesen Kanälen angeordnete Ventile 6? zur Steuerung der Zufuhr der einzelnen Komponenten an den Zulassen 68 in der Stirnfläche des Angusses 22 dienen. Die flüssigen Komponenten werden somit bei sich drehendem Rotor in dessen Ausnehmungen 58 hineingefördert.

Die Außenfläche des Rotors 14 ist mit wendeiförmigen "Gewindegängen" bzw. Rippen 7o besetzt, die sich über die gesamte Axialausdehnung des Rotors erstrecken. Neben ihrer Wendelform besitzen diese Rippen 7o infolge der Schräge der Kegelstumpffläche des Rotors auch eine Spiralkomponente. Die Rippen besitzen einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, und ihre flachen Scheitel stehen in Gleitberührung mit der Innenfläche 13 des Gehäuses 12, so daß zwischen dem Rotor und dem Gehäuse ein wendel- oder pfeilspiraliger (spiro-helical) Durchgang oder Kanal 76 mit rechteckigem Querschnitt gebildet wird, welcher als langgestreckte Mischkammer für die Komponenten dient. Bei der Drehung des Rotors 14 bewirken die Rippen 7o eine Förderung der flüssigen Komponenten durch die Kammer 76 zur Austragöffnung 78 in der Endkappe 16.

Die Sippen 7o sind längs ihrer Wendelbahn durch eine Reihe von Nuten 8o unterbrochen, die ebenfalls wendelförmig, jedoch mit größerer Steigung als die lijjp&n 7o in die Oberfläche des Rotors eingestochen sind. Diese Nuten besitzen daher ebenfalls eine wendel- oder pfeil-

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spiralige (spiro-helical) Form. Bei der dargestellten Ausführungsform verlaufen die Nuten 80 in die gleiche Richtung wie die Rippen 70, doch können sie auch die entgegengesetzte Gangrichtung besitzen. Der Hauptzweck dieser Konstruktion besteht darin, einen Übertritt des Polymergemisches zwischen benachbarten Kanälen 76 an zwischen den Enden !Liegenden Stellen auf der Umfangsflache des Rotors zu ermöglichen, bevor das Gemisch aus der öffnung 78 ausgetragen wird.

Wie erwähnt, liegt das obere Ende des Rotors 14-praktisch in der gleichen Ebene wie die angrenzende * Stirnwand des Angusses 22 (bzw. der Gewindebohrung 24-). In der Praxis ist jedoch typischerweise ein zweckmäßiger Abstand von etwa 0,64· mm vorgesehen. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß nicht nur durch die die Zulasse 68 umgebenden Verteilerschaufeln 60 eine wirksame Abstreifwirkung hervorgebracht wird, sondern auch ein beträchtliches Hindernis für einen Umgehungs- oder Querstrom zwischen den Zulassen gewährleistet wird. Auf diese Weise wird eine Vermischung der Komponenten an den Zulassen selbst auf ein Mindestmaß herabgesetzt, wodurch eine geringere Möglichkeit für die Ansammlung von polymerisiertem Material an den Zulassen geboten wird.

Zwischen den flachen Scheiteln der Rippen 7o und der angrenzenden Mischdüsenwand werden ebenfalls enge Maßtoleranzen eingehalten, die typischerweise in der •(Größenordnung von etwa o,o5 - o,25 n™ liegen. Das Gemischaustragende der Mischdüse ist aufgrund der Austragöffnung 78 ständig offen, und zwischen der Wand I3 und der Austragöffnung 78 ist ein glatter bzw. stufen-

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loser Übergang vorgesehen, so daß an dieser S.telle eine geringstmögliche Wahrscheinlichkeit für ein Absetzen von polymerisiertem Material besteht. Selbst wenn sich an den nicht vom Rotor bestrichenen Wandflächen der Austragöffnung eine erhebliche Menge an polymerisiertem Material absetzen sollte, kann bei nur kurzzeitiger Betriebsunterbrechung eine Reinigung dadurch vorgenommen werden, daß einfach die Endkappe 16 abgeschraubt und durch eine saubere Endkappe ersetzt wird. Obgleich nicht dargestellt, kann sich der Rotor 14 axial in die Austragöffnung 78 hinein erstrecken und dabei an der Außenfläche der Endkappe enden, doch wird die dargestellte versenkte Anordnung des Rotorendes bevorzugt, um auf den austretenden Gemischstrom eine ausreichend große Drosselwirkung auszuüben und seine Tendenz zu einem bogenförmigen Abströmen, durch welches die genaue Zufuhr zu einer das Gemisch aufnehmenden Form schwierig wird, weitgehend auszuschalten.

Die Erfahrung hat gelehrt, daß die Beziehung der Breite der Kanäle 76 und der Breite oder Dicke der Rippen 7o von Bedeutung ist· Zm ällgaeÄ^ien hat es sich gezeigt, daß die Breite der Rippenscheitel etwa 1/3 bis 1/5 des Abstande zwischen benachbarten Rippen betragen sollte, damit die gewünschte Zurückhältung des Polymergemisches in der Mischdüse zur Herbeiführung einer einwandfreien Homogenisierung gewährleistet wird·

Ein weiteres bedeutsames Merkmal der Rotq^rkonfiguration

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ergibt sich aus der Überschneidung der Nuten 80 mit den Rippen 7o, da hierdurch eine Reihe von einseitig gerichteten ßchrägflachen oder Scherebenen 92 an jedem Ende jedes unterbrochenen Rippensegments gebildet wird, von denen die eine aufwärts und die andere abwärts weist. Die Rippengeometrie mit einer einzigen, einseitig gerichteten Fläche, die in einer scharfen, meißelartigen Kante des Rippensegments ausläuft, scheint eine bessere Homogenisierung der Gemischkomponenten ohne übermäßige Rührwirkung odar ohne die Einführung anderer physikalischer Hemmungen oder Einschränkungen zu bewirken, welche die chemische Umsetzung der Komponenten und Isotropie des hierbei entstehenden Schaumzellgefüges nachteilig beeinflussen würden. Bei gleichbleibender Breite der Nuten 80 nimmt die Länge der unterbrochenen Rippensegmente ersichtlicherweise zum Auslaßende der Mischdüse hin ab,veil der Rotordurchmesser ebenfalls in dieser Richtung abnimmt.

Bei der Herstellung des aus Metall oder aus einem Kunststoffguß- oder -formteil bestehenden Rotors wird ein kegelstumpfförmiger Rohling entsprechend in einem Antriebsspannfutter einer Fräsmaschine eingespannt, worauf die wendelspiraligen (spiro-helical) "Schraubengänge" mittels eines Stirnfräsers ausgebildet werden, während der Rotorrohling langsam gedreht wird. Auf ähnliche Weise werden die Nuten 80 mittels eines Stirnfräsers eingestochen, nachdem der Rotor zur Berücksichtigung der unterschiedlichen Wendelsteigung umgespannt worden ist. In bevorzugter Ausführungsform wird eine Mehrgang-Rippe (multiple lead fin) vorgesehen, beispielsweise die Dreigangform gemäß den Figuren, bei welcher die einzelnen Gänge um die Rotorachse herum auf Abstände von 12o° ver-

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teilt sind. Bei dieser Konstruktion werden sechs Nuten 80 vorgesehen, die um die Rotorachse herum auf gleiche Abstände voneinander verteilt sind.

Die speziellen Abmessungen der Rippen- und Nuten-Konfiguration des Rotors hängen selbstverständlich von der Rotordrehzahl, der chemischen Zusammensetzung und der Yiskosität des Gemisches sowie der Temperatur und Durchsatzmenge des Produkts ab. Bei einer typischen Durchsatzmenge von etwa 5*4-4 kg/min bei einem typischen Polyurethangemisch mit einer Viskosität von etwa 12oo cp besitzt ein zweckmäßiger Rotor eine Länge von etwa 82,55 mm bei einem größeren Durchmesser von etwa 38,1 mm und einem kleineren Durchmesser von etwa 15,9 mm. Hierbei beträgt der Steigungswinkel der Rippen 7o zur Rotorachse etwa 6o° und derjenige der Nuten 80 etwa 45°. Die Breite der Nuten 80 beträgt etwa 7,94- mm.

Mischdüsen der beschriebenen Art sind speziell dann von Vorteil, wenn beim Herstellungsvorgang kurze Polymeraustragzeiten verlangt werden, z.B. wenn nur geringe Polymeranteile (einige Unzen) in genau bemessener Menge periodisch in eine Reihe von kontinuierlich vorgeschobenen Formen ausgetragen werden. In diesen Fällen ist es in der Praxis nicht möglich, den Form- oder Gießvorgang zu verlangsamen, um ein Lösungsmittelspülen im Intervall bis zur Ankunft der nächsten Form an der Austragstation durchführen zu können. Im allgemeinen steht dabei höchstens eine sehr kurze Zeitspanne in der Größenordnung von einigen Sekunden zur Verfügung. Jeder Versuch, während einer so kurzen Zeitspanne die Mischdüse durchzuspülen, wirft

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Probleme bezüglich einer Änderung des Mischungsverhältnisses auf grund-^n Spuren von Restlösungsmittel in der Mischdüse auf, was selbstverständlich für die physikalischen Eigenschaften des Endprodukts nachteilig ist. Andererseits ist auch ein kontinuierliches bzw. ununterbrochenes Austragen des Gemisches praktisch nicht durchführbar, weil dabei viel Abfall im Zeitraum zwischen der Wegbewegung einer ersten Form und der Ankunft einer folgenden Form an der Austragstelle anfällt, irühere Erfahrungen .mit handelsüblichen Mischdüsen unter den angegebenen Bedingungen haben gezeigt, daß in Abständen von bestenfalls durchschnittlich zwei bis drei Stunden eine vollständige Betriebsunterbrechung des Mischkopfes sowie ein Zerlegen und eine manuelle Reinigung des Mischdüsengehäuses und des Rotors erforderlich sind. Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Mischdüsenanordnungen konnte, mit Ausnahme eines Auswechselns der Endkappe nicht öfter als einmal pro Tag, ein ununterbrochener Betrieb realisiert werden, wobei dieses Auswechseln der Endkappe innerhalb von Sekunden und ohne Unterbrechnung des Mischkopfbetriebs erfolgen kann.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung.also eine Mischoder Austragdüse zur Verwendung bei einem Mischkopf geschaffen, wie er für das Mischen und Austragen von polymerisierbaren flüssigen Komponenten, speziell bei der Herstellung von Kunstschaumprodukten eingesetzt wird· Die Mischdüse ist dabei ohne Notwendigkeit für ein Durchspülen mit Lösungsmittel ständig selbstreinigend, so daß lange Betriebsperioden ohne Stillstandzeiten für die Entfernung von angesammeltem, im Inneren der Mischdüse haftendem polymerisierbaren Material realisierbar sind. Die kenn-

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zeichnenden Merkmale dieser Mischdüse bestehen in einem Gehäuse mit kegelstumpfformiger Wand, in welchem ein mit pfeilspiraligen bzw. wendelspiraligen -(spiro-helical) Rippen besetzter Rotor umläuft, welcher die getrennten flüssigen Komponenten vor dem Austrag des resultierenden Gemisches in ζ·Β. Gießformen einwandfrei miteinander vermischt. Gehäuse und Rotor sind dabei so ausgebildet, daß sie die erforderliche Homogenisierung der flüssigen Komponenten bei nur minimaler ungünstiger Auswirkung auf die physikalische Zellenkonfiguration des resultierenden polymerisieren Schaumstoffs gewährleisten und gleichzeitig Ansammlungen von polymerisiertem Material im Inneren der Mischdüse weitmöglichst ausschalten.

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Claims (7)

1. - 17 Patentansprüche

   "I.) Mischdüse zum homogenen Vermischen mehrerer reaktionsfähiger flüssiger Komponenten zwecks Bildung eines schnell polymerisierenden, viskosen Gemisches, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12) mit einer kegelstumpfförmigen Innenwand, die sich von einem Komponenten-Aufnahmeende zu einem Gemisch-Austragende erstreckt, wobei die weitere Grundfläche der Kegelstumpfform am Komponenten-Aufnahmeende liegt, durch Verschlußeinrichtungen (2o, 16) für die beiden Enden des Gehäuses, wobei die Verschlußeinrichtung am Komponenten-Aufnahmeende Einrichtungen (64, 66, 67, 68) zur Einleitung der reaktionsfähigen flüssigen Komponenten und die Verschlußeinrichtung am Gemisch-Austragende eine Einrichtung (78) zur Ermöglichung eines Austrags des homogenisierten Polymergemisches aufweist, und durch einen koaxial im Gehäuse (12) angeordneten Homogenisier-Rotor (14) mit einer der Gehäuse-Innenwand komplementären Umfangskonfiguration, mit einer Einrichtung zur drehbaren Lagerung des Rotors koaxial zum Gehäuse, wobei der Rotor mit seiner Umfangsfläche in Abstreifberührung mit den entsprechenden komplementären Flächen des Gehäuses und der Verschlußeinrichtungen steht, sowie dadurch, daß der Rotor (14) in seiner Stirnfläche, welche der Verschlußeinrichtung (2o) am Komponenten-Aufnahmeende der Mischkammer komplementär angepaßt ist, eine Anzahl von radial gerichteten, Verteilerschaufeln (6o) bildenden Ausnehmungen (58) und auf seiner kegelstumpfförmigen Fläche Rippen (7o) aufweist, die auf dieser Fläche

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   eine Spiral wendel·, (spiro-helix) bilden, wobei die Außenenden der Rippen mit der komplementären Gehäusefläche in Abstreifberührung stehen, daß Nuten (80) vorgesehen sind, die sich pfeil- oder wendelspiralig (spiro-helical) längs der Rotorfläche erstrecken und die Rippen unter Bildung von unterbrochenen Rippensegmenten schneiden, und daß eine Einrichtung zum Antreiben des Rotors vorgesehen ist.
2. 2. Mischdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen praktisch flache Scheitel aufweisen.
3. 3. Mischdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten einen steileren Steigungswinkel besitzen als die Rippen, so daß die Rippensegmente an jedem Ende in einseitig gerichteten Scherebenen oder -flächen auslaufen.
4. 4-, Mischdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigungswinkel von Rippen, und Nuten in derselben Relativrichtung liegen.
5. 5. Mischdüse nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,

   daß die Rippen des Rotors in Form von mehreren Schraubengängen ausgebildet sind und daß die Nuten durch mehrere, um den umfang des Rotors herum auf gleiche Abstände verteilte Nuten gebildet sind.
6. 6. Mischdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotor-Rippen als Dreifachschraubengang (triple lead screw design) ausgebildet sind und daß die Nutanordnung sechs Nuten umfaßt.

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7. 7. Mischdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dae Verhältnis von Rippenbreite zu Rippenabstand längs des Rotors 1:3 bis 1:5 beträgt.

   8· Mischdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um das Gehäuse herum ein Kühlmantel angeordnet ist, der an den beiden gegenüberliegenden Grundflächen abgedichtet ist und zwischen diesen eine Kühlmittelkammer bildet, daß im Kühlmantel Zulasse für Kühlmittelzufuhr und -abfuhr vorgesehen sind und daß der Kühlmantel durch die am Gemisch-Austragende vorgesehene Endverschlußeinrxchtung am Gehäuse gehaltert ist.

   9· Mischdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Rotor in seinem weiteren Ende mit einer abgestuften Axialbohrung versehen ist und eine axial in diese Bohrung eingeaß&zte Lagerdichtung aufweist, die durch eine Feder in Auswärtsrichtung drängbar ißt.

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