DE2607641B2 - Hochdruck-Mischkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochdruck-Mischkopf zum Erzeugen eines vorzugsweise chemisch reaktionsfähigen Gemisches aus mindestens zwei Kunstoffkomponenten insbesondere zur Herstellung von Schaumstoffprodukten mit einer Mischkammer, die Eintrittsöffnungen für die einzelnen Kunststoffkomponenten und eine Austrittsöffnung für das Kunststoffkomponenten-Gemisch besitzt, sowie mit einem in der Mischkammer angeordneten querschnittsgleichen Ausstoßkolben, der mit einem durch Druckmittel, insbesondere Hydrauliköl, betätigten Arbeitskolben eines Arbeitszylinders verbunden und aus einer die Eintrittsöffnungen offenlassenden hinteren Stellung bis in den Bereich der vorderen Austrittsöffnung hin- und hergehend bewegbar ist, wobei die Eintrittsöffnungen gegenüber der Mischkammer gleichzeitig abgesperrt werden.

Bei einem bekannten Mischkopf dieser Art öffnen und schließen wechselweise und gleichzeitig die Eintrittsöffnungen für die einzelnen Kunststoffkomponenten, ohne daß besondere Steuerungsmittel für das öffnen und Schließen vorgesehen werden müssen, da bei der hin- und hergehenden Bewegung des Ausstoßkolbens die Eintrittsöffnungen jeweils überfahren werden. Mit dem Gemischausstoß ist ferner verbunden die Reinigung der Mischkammerwandung von Gemischresten, die durch den mit der Mischkammer querschnittsgleichen Ausstoßkolben beim Ausfahren entfernt werden. Für einen Rücklauf der Kunststoffkomponenten ist der Ausstoßkolben mit Überströmkanälen vorgesehen, durch die die Eintrittsöffnungen zeitsynchron mit ihrem Anschluß von der Mischkammer mit den zugeordneten Rücklaufleitungen verbindbar sind.

Bei diesem bekannten Hochdruck-Mischkopf mit Gegenstrom-Injektionsmischung wird der Ausstoßkolben während des gesamten Hubes seiner hin- und hergehenden Bewegung mit gleicher bzw. konstanter Geschwindigkeit verfahren. Diese Geschwindigkeit des Ausstoßkolbens ist jedoch der Höhe nach durch den Bauaufwand des hierfür benötigten Hydraulikantriebes begrenzt.

Es hat sich nun in der Praxis in bestimmten Fällen gezeigt, daß bei bestimmten Kunststoffkomponenten, insbesondere bei nur schwer miteinander vermischbaren Kunststoffkomponenten, eine nur unvollkommene Mischung zu Beginn und am Ende des Einspritzvorganges erzielt wird. Die Ursache für diese unzureichende Mischung, die nur zu Beginn und am Ende des Einspritzvorganges auftritt, liegt aller Wahrscheinlichkeit nach darin, daß zu Beginn und am Ende des

Mischyorganges die Mischkammer-Eintrittsöffnungen beim Überfahren durch den Ausstoßkolben eine kurze Zeitlang nur einen Teil ihres vollen Eintrittsquerschnitts aufweisen, so daß sich der Einspritzvorgang gegenüber dem normalen Einspritzen unter vollem Eintrittsquerschnitt verändert

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diesem Nachteil abzuhelfen und einen verbesserten Hochdruck-Mischkopf in Vorschlag zu bringen, bei du-m auch während der Phase zu Beginn und am Ende des Einspritzvorganges und selbst bei nur schwer zu mischenden Komponenten eine vollkommene Mischung und somit ein einwandfreies Schaumstoffprodukt erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Arbeitskolben aus einem mit dem Ausstoßkolben fest verbundenen Kolben und einem hierauf insbesondere konzentrisch angeordneten und zwischen zwei Anschlägen des Kolbens axial verschieblichen Ringkolben besteht, der mit seiner Innenwandung gegen die Außenwandung des Kolbens und mit seiner Außenwandung gegen die Innenwandung des Arbeitszylinders abgedichtet ist, daß das dem Ausstoßkolben entfernte Ende des Kolbens aus einem tauchkolbenartigen Vorsprung besteht, der mit einer form- und querschnittsgleichen Ausnehmung kurz vor und bei Erreichen der einen Endstellung der hin- und hergehenden Kolbenbewegung zusammenarbeitet, die in einer Arbeitszylinder-Stirnwand angeordnet und mit einem von zwei Anschlüssen des Druckmittels für den Arbeitszylinder verbunden ist, und daß die in Kolbenbewegungsrichtung gemessene Längserstreckung der Ausnehmung kleiner gleich der axialen Relativverschiebung von Kolben und Ringkolben und größer gleich dem axialen Abstand ist, den die Ausstoßkolben-Stirnseite in ihrer hinteren Endstellung vom entfernten Ende der Eintrittsöffnungen hat.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung des Arbeitskolbens wird erreicht, daß die Zeitdauer des Überfahrens der Mischkammer-Eintrittsöffnungen durch den Ausstoßkolben zu Beginn und am Ende des Einspritzvorganges beträchtlich verkürzt wird, was überraschenderweise eine völlig einwandfreie Vermischung der Kunststoffkomponenten auch zu Beginn und am Ende des Einspritzvorganges zur Folge hat, so daß das Schaumstoffendprodukt selbst bei nur schwer mischbaren Kunststoffkomponenten in jeder Beziehung völlig einwandfrei ist. Im einzelnen wird die Erhöhung der Geschwindigkeit des Ausstoßkolbens zu Beginn und am Ende des Einspritzvorganges dadurch erreicht, daß zu Beginn und am Ende des Einspritzvorganges der gesamte Druckmittel- insbesondere Hydrauliköldurchsatz lediglich zur Verdrängung des tauchkolbenartigen Vorsprunges aus der form- und querschnittsgleichen Ausnehmung der Stirnwand des Arbeitszylinders dient, da in dieser Phase bzw. bei dieser Kolbenstellung der übrige Arbeitsraum des Arbeitszylinders von der Druckmittelzufuhr abgesperrt ist. Während der genannten Phase wirkt somit das Druckmittel, das von einer nicht dargestellten Pumpe mit konstanter Durchsatz- t> <> menge geliefert wird, nur auf die relativ kleine Querschnittsfläche des tauchkolbenartigen Vorsprunges des Kolbens ein, so daß sich im Verhältnis dieser kleinen Querschnittsfläche zur gesamten Querschnittsfläche des Arbeitszylinders eine entsprechende Erhö- <v, hung der Kolbengeschwindigkeit in der genannten Phase gegenüber der normalen Kolbengeschwindigkeit während des übrigen Teiles des Kolbenhubes ergibt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die erforderliche hohe Geschwindigkeit des Ausstoßkolbens ohne eine kostspielige Vergrößerung des Hydraulikantriebs bzw. der Hydraulikpumpe erzielt wird, indem lediglich der Arbeitskolben und der Arbeitszylinder in spezieller Weise, wie erfindungsgemäß angegeben, ausgestaltet werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Durchmesser des tauchkolbenartigen Vorsprunges des Kolbens weniger als die Hälfte des Durchmessers des Ringkolbens.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind beide Stirnseiten des Ringkolbens mit ringförmigen Dämpfungsnuten versehen, die mit den als ringförmige Schultern ausgebildeten Ansätzen des Kolbens in Eingriff bringbar sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist jeder Eintrittsöffnung ein Einlaßventil zugeordnet, das sich beim Rücklauf in seiner Schließstellung befindet und wodurch die Kunststoffkomponenten jeweils unter Niederdruck im Rücklauf zirkulieren. Hierdurch werden nicht nur die sonst ebenfalls durch eine Rücklaufzirkulation erzielten Vorteile erreicht, sondern zusätzlich noch die folgenden Vorteile:

Die zeitlich wesentlich länger als der Einspritzvorgang dauernde Rezirkulation kann im Niederdruckbereich durchgeführt werden, so daß das gesamte Rezirkulationssystem nur auf Niederdruck ausgelegt werden muß und keine Dichtungsprobleme entstehen. Der für die Gegeiistrom-Injektion erforderliche hohe Druck wird nämlich nur kurzzeitig vor und während des Einspritzvorganges in nachstehend noch näher beschriebener Weise aufgebaut und aufrechterhalten. Ferner wird der Vorteil erreicht, daß durch die den Einlaßöffnungen jeweils zugeordneten Einlaßventile vermieden wird, daß während der Rezirkulationsphase der Ausstoßkolben ständig unter Einwirkung der Kunststoffkomponenten steht. Durch die während der Rezirkulationsphase geschlossenen Einlaßventile wird nämlich der Ausstoßkolben vollständig von den Kunststoffkomponenten abgetrennt, so daß keinerlei Dichtungs- oder Verklebungsprobleme bestehen. Außerdem entstehen auch keinerlei Druckspitzen beim Umschalten von Rezirkulation auf Einspritzen und umgekehrt, denn die Einlaßventile werden bei Erreichen des Einspritzdruckes selbsttätig geöffnet, so daß sehr einfach unerwünschte Druckspitzen entweder dadurch vermieden werden können, daß mehr oder weniger gleichzeitig der Ausstoßkolben die Einlaßöffnungen freigibt oder daß ein Druckbegrenzungsventil zwischen Zulauf- und Rücklaufleitung geschaltet wird. Es wird somit auf jeden Fall vermieden, daß, wenn auch nur kurzzeitig, Kunststoffkomponenten dem Mischkopf zugeführt und nicht gleichzeitig abgeführt werden, was bei dem bekannten Mischkopf die unerwünschten Druckspitzen zur Folge hat.

Bevorzugt wird der Beginn der Schußzeit durch ein Abtasten der Stellung des Ausstoßkolbens gesteuert. Dies hat den großen Vorteil, daß jegliche zeitlichen Verzögerungen zwischen der Bewegung des Ausstoßkolbens und dem Lauf der Schußzeit vermieden werden. Mit anderen Worten, die theoretisch berechnete und die für ein einwandfreies Schaumstoffendprodukt erforderliche Schußzeit stimmt genau mit der tatsächlichen Schußzeit überein. Hierbei ist es zweckmäßig, den Beginn der Schußzeit auf den Zeitpunkt der Freigabe der Eintrittsöffnungen durch den Ausstoßkolben festzulegen, wobei zur Abtastung der den Beginn der

Schußzeit festlegenden Stellung des Ausstoßkolbens ein Endschalter vorgesehen sein kann.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dient die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, welches in der Zeichnung schematisch dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Flußschema der gesamten Einspritzvorrichtung mit Mischkopf und

Fig.2 einen Mittelschnitt durch den in Fig. 1 nur schematisch dargestellten Hochdruck-Mischkopf.

In F i g. 1 ist schematisch in Form eines Flußschemas die gesamte Einspritzvorrichtung mit Mischkopf dargestellt, und zwar für zwei verschiedene Kunstoffkomponenten, wobei für mehr als zwei Kunststoffkomponenten sich eine analoge Erweiterung dieses Flußschemas ergibt.

Die Zuführung von mehr als zwei Kunststoffkomponenten bereitet keinerlei Schwierigkeiten, da die gegenseitige Trennung der verschiedenen Kunststoffkomponenten völlig unproblematisch ist, da sie im Gegensatz zu dem bekannten Mischkopf nicht auf dem begrenzten Umfang des Ausstoßkolbens stattfinden muß.

Der Strömungskreislauf der Kunststoffkomponenten besteht — in Strömungsrichtung — aus Vorratsbehälter 1, Pumpe (z. B. Radialkolbenpumpe) 2, Zulaufleitung 3, Mischkopf 4 mit Einlaßventil 5, Rücklaufleitung 6, Absperrventil 7 und Kühler 8. Zwischen Zulaufleitung 3 und Rücklaufleitung 6 ist ein Druckbegrenzungsventil 9 an einer solchen Stelle eingeschaltet, daß die Pumpe 2 mit dem Vorratsbehälter 1 einen Strömungskreislauf bildet. Zwischen die Zulaufleitung 3 und die Rücklaufleitung 6 ist außerdem ein Bypaß 10 zwischengeschaltet, und zwar an einer solchen Stelle, daß ein Kreislauf gebildet wird über Vorratsbehälter 1, Pumpe 2, Bypass 10, Absperrventil 7 und Kühler 8.

Während der Rezirkulationsphase erfolgt die Strömung längs der mit durchgehenden Linien gezeichneten Pfeile, wobei infolge geeigneter Wahl der Strömungsquerschnitte nur die wesentlich kleinere Teilmenge durch das Einlaßventil 5 rezirkuliert, denn der größte Teil der Kunststoffkomponente wird durch den Bypaß 10 rezirkuliert. Während des durch ein Schließen des Absperrventils 7 eingeleiteten Einspritzvorganges erfolgt die Zufuhr der Kunstoffkomponente zum Einlaßventil 5 zusätzlich zur Zulaufleitung 3 auch noch über einen Teil der Rücklaufleitung 6, und zwar in Richtung des mit gestrichelten Linien gezeichneten Pfeiles.

Die vorstehenden Darlegungen gelten analog bezüglich des Kreislaufs der anderen Kunststoffkomponente, der in F i g. 1 im rechten Teil der Zeichnung dargestellt ist, wobei die gleichen Teile mit denselben Bezugszeichen und mit einem zusätzlichen Beistrich versehen sind. Auf eine nochmalige Beschreibung kann deshalb verzichtet werden.

Von dem in F i g. 2 in allen Einzelheiten dargestellten eigentlichen Hochdruck-Mischkopf sind nachstehend nur die für die Funktion wichtigen Teile beschrieben.

Der Mischkopf 4 weist einen zentralen Ausstoßkolben 11 auf, der in eine kreiszylindrische Mischkammer 12 gleichen Querschnitts eingeläppt ist. Der in F i g. 2 in seiner oberen bzw. hinteren Endstellung dargestellte Ausstoßkolben 11 wird durch einen hiermit fest verbundenen Arbcitskolben 13 hin- und hergehend betätigt, und zwar zwischen der in Fig.2 dargestellten hinteren Endstellung und einer vorderen Endstellung, in der das vordere Ende des Ausstoßkolbcns 11 mit dem freien F.nde der zylindrischen Mischkammer 12 bündig abschließt. Die Betätigung des in einem Arbeitszylinder 14 angeordneten Arbeitskolben 13 erfolgt durch Zufuhr eines pneumatischen oder hydraulischen Druckmediums zu der einen oder zu der anderen Kolbenseite.

ι Die Zufuhr des zweckmäßigerweise aus Hydrauliköl bestehenden Druckmediums erfolgt einerseits über einen Anschluß 15, der in die eine Arbeitszylinder-Stirnwandung 15a mündet, während zur Beaufschlagung der gegenüberliegenden Arbeitskolbenseite ein nur scheu matisch dargestellter Anschluß 15' vorgesehen ist, der in der gegenüberliegenden Arbeitszylinder-Stirnwand \5b mündet.

Der Arbeitskolben 13 besteht aus einem mit dem Ausstoßkolben 11 fest verbundenen Kolben 13a und

!■> einem hierauf konzentrisch angeordneten und zwischen zwei schulterförmig ausgebildeten Anschlägen 40a und 40b des Kolbens 13a axial verschieblichen Ringkolben 13Zj. Der Kolben 13a besteht seinerseits aus mehreren miteinander fest verbundenen Teilen, was jedoch nur fertigungsmäße Gründe hat, weshalb hierauf nicht näher eingegangen wird. Der Ringkolben i3b, dessen Durchmesser etwas mehr als das Doppelte des Durchmessers des Kolbens 13a beträgt, ist durch eine Dichtung 41a im Bereich seiner Innenwandung gegenüber der Außenwandung des Kolbens 13a und durch eine Ringdichtung 4ib gegenüber der Innenwandung des Arbeitszylinders

14 abgedichtet. Das dem Ausstoßkolben 11 entfernte Ende des Kolbens 13a besteht aus einem tauchkolbenartigen Vorsprung 42, der mit einer form- und querschnittsgleichen Ausnehmung 43 kurz vor und bei Erreichen der einen Endstellung der hin- und hergehenden Kolbenbewegung zusammenarbeitet. Die Ausnehmung 43 ist in der Arbeitszylinder-Stirnwand 15<i angeordnet, und sie steht mit dem DruckmittelanschluG

1-3 15 in Verbindung, der im Bereich ihrer bodenseitigen Begrenzungsfläche mündet. Die in Längsrichtung vor Kolben und Arbeitszylinder bzw. in Kolbenbewegungsrichtung gemessene Längserstreckung bzw. Tiefe a der Ausnehmung 43 ist kleiner gleich der axialen Relativver-Schiebung c von Kolben 13a und Ringkolben 13i> und größer gleich dem axialen Abstand b, den die Ausstoßkolben-Stirnseite in ihrer hinteren Endstellung vom entfernten Ende der Eintrittsöffnungen hat, wie dies im einzelnen in F i g. 2 dargestellt ist. In der Praxis hat es sich hierbei bewährt, wenn die Beziehung gilt a ä b + 1 mm. Durch diesen Zuschlag von 1 mm wire gewährleistet, daß in der Praxis die Eintrittsöffnunger 16,16' mit Sicherheit vollständig zu Beginn und am Ende des Einspritzvorganges mit erhöhter Ausstoßkolbenge schwindigkeit überfahren werden. Diese erhöhte Ausstoßkolbengeschwindigkeit ergibt sich wie folgt.

Die in der Zeichnung nicht dargestellte Hydraulik· pumpe liefert Hydrauliköl mit zeitlich konstantei Durchsatzmenge zur Arbeitskolbenzylinderanordnung

V) Dieses Hydrauliköl tritt zu Beginn des Ausstoßvorgan ges des Ausstoßkolbens U durch den Anschluß 15 in die Ausnehmung 43 ein, innerhalb der sich zu diesen Zeitpunkt der tauchkolbenartige Vorsprung 42 de; Kolbens 13a in der in F i g. 2 gezeigten Stellung befindet

mi wobei der Innenraum der Ausnehmung 43 im wesentli chen bis auf einen kleinen Absatz am stirnseitigen End« durch den tauchkolbenartigen Vorsprung 42 ausgefüll wird. Da die Innenwandung der Ausnehmung 43 mittel! einer Ringdichtung 44 gegenüber der zylindrischer

' ■ Außenwandung des tauchkolbenartigen Vorsprunges 4', abgedichtet ist, dient die gesamte Druckölmenge, dii durch den in die Ausnehmung 43 mündenden Anschlul

15 zugeführt wird, allein zur Verdrängung des Kolben!

13a bzw. des tauchkolbenartigen Vorsprunges 42 aus der Ausnehmung 43. Da somit nur der mit relativ kleinem Querschnitt versehene Kolben 13a verdrängt wird, erfolgt die Bewegung des Kolbens 13a und somit auch die Bewegung des hiermit fest verbundenen Ausstoßkolbens 11 mit erhöhter Geschwindigkeit, wobei eine Relativbewegung zwischen Kolben 13a und Ringkolben 136 stattfindet

Der Kolben 13a und der Ausstoßkolben 11 bewegen sich so lange mit der erhöhten Geschwindigkeit, bis der tauchkolbenartige Vorsprung 42 die Ausnehmung 43 vollständig verlassen hat In dem Zeitpunkt, in dem der tauchkolbenartige Vorsprung 42 die Ausnehmung 43 vollständig verlassen hat, wird für das über den Anschluß 15 zugeführte Drucköl erstmalig der Weg in den Innenraum des Arbeitszylinders 14 frei. Dies bedeutet, daß von diesem Zeitpunkt ab der Kolben 13a und der Ringkolben 136 gemeinsam wie eine Einheit verschoben werden. Das bei dieser Verschiebung verdrängte Kolbenvolumen ist hierbei um das Volumen des Riingkolbens 136 größer als bei der vorherigen Verdrängerbewegung, weshalb aufgrund der konstanten Durchsatzmenge des Hydrauliköles die Kolbenbewegung und somit auch die Bewegung des Ausstoßkolbens 11 mit geringerer Geschwindigkeit erfolgt.

Bei der vorgenannten Relativbewegung von Kolben 13a und Ringkolben 136 kommt der Ringkolben 136 abwechselnd zur Anlage mit den schulterartigen Vorsprüngen 40a und 406. Um die hierdurch auftretende stoßartige Beanspruchung zu verringern, ist der Ringkolben 136 auf seinen beiden Stirnseiten mit Ringnuten 45a und 456 versehen, die in etwa form- und querschnittsgleich zu den schulterförmigen Absätzen 40a und 406 sind und hiermit in Eingriff kommen, wenn die Anlage zwischen den beiden Kolben 13a und 136 stattfindet. Durch das hierbei aus den Ringnuten 45a bzw. 456 verdrängte Hydrauliköl ergibt sich eine sehr erhebliche Dämpfung des Aufprallstoßes und somit eine Verringerung der Beanspruchung der beiden Kolben 13a und 136.

Wie schon erwähnt, ist die Längserstreckung a der Ausnehmung 43 größer gleich dem Abstand 6 + 1 mm, damit mit Sicherheit gewährleistet ist, daß der gesamte Vorgang des Schließens der Eintrittsöffnungen 16, 16' mit erhöhter Geschwindigkeit erfolgt.

Während der mit verringerter bzw. mit normaler Geschwindigkeit erfolgenden weiteren Kolbenbewegung haben der Kolben 13a und der Ringkolben 136 die in Fig.2 dargestellte Relativlage. Die gemeinsame Bewegung der Kolben 13a und 136 kommt zum Stillstand, wenn der etwas gegenüber dem Ringkolben 136 nach unten vorstehende Kolben 13a die zugewandte Stirnfläche der Arbeitskammer-Stirnwandung 15b erreicht. Hierbei schließt gleichzeitig das - inFig.2 untere Stirnende des Ausstoßkolbens 11 bündig mit dem Austrittsende der Mischkammer 12 ab, so daß die Mischkammer 12 vollständig von jeglichen Kunststoffresten gereinigt ist. Hiermit ist der Schuß beendet.

Zu Beginn des nachfolgenden Schusses erfolgt der vorgenannte Bewegungsablauf in umgekehrter Rieh- &o tung, wobei das von der nicht dargestellten Hydraulikpumpe geförderte Hydrauliköl durch den in der Arbeitszylinder-Stirnwandung 156 befindlichen Anschluß 15' in den Innenraum des Arbeitszylinders eingedrückt wird. Hierbei werden die Kolben 13a und ^fa5 136 von der anderen Seite als zuvor beim Ausstoßvorgang beaufschlagt und gemeinsam als Einheit — nach oben in F i g. 2 — verschoben. Wegen der gemeinsamen Verdrängung der beiden Kolben 13a, 136, bei der der Kolben 136 mit seiner Ringnut 45a in Eingriff mit dem schulterförmigen Vorsprung 40a des Kolbens 13a steht, erfolgt die Kolbenbewegung mit geringerer bzw. mit normaler Hubgeschwindigkeit. Die Erhöhung der Hubgeschwindigkeit erfolgt zu dem Zeitpunkt, zu dem das freie Ende des tauchkolbenartigen Vorsprunges 42 in die Ausnehmung 43 einzutreten beginnt, da hierbei gleichzeitig das Hydrauliköl am weiteren Ausströmen gehindert wird, das sich im Ringraum zwischen dem Ringkolben 136 und der Arbeitskammer-Stirnwand 15a befindet Dies bedeutet, daß die gesamte Fördermenge des Hydrauliköls, das durch den Anschluß 15' zugeführt wird, zur weiteren Verdrängung des Kolbens 13a zur Verfügung steht, da der Ringkolben 136 an einer weiteren Verschiebung gehindert ist und von nun an stillsteht Diese weitere Verdrängung des Kolbens 13a erfolgt somit wegen des verringerten Verdrängungsvolumens mit erhöhter Geschwindigkeit, so daß die Eintrittsöffnungen 16 und 16' mit erhöhter Geschwindigkeit geöffnet werden.

Die mit erhöhter Geschwindigkeit erfolgende Bewegung des Kolbens 13a kommt dann zum Ende, wenn der schulterförmige Ansatz 406 mit der Ringnut 456 in Eingriff kommt und sich die beiden Kolben 13a und 136 wieder in der F i g. 2 gezeigten Lage befinden. Die axiale Relativverschiebung c muß hierbei größer gleich der Längserstreckung a bzw. größer gleich dem Abstand 6 sein, damit gewährleistet ist, daß die Längsverstreckung a und der Axialabstand 6 (von dem Sicherheitszuschlag von 1 mm einmal abgesehen) auch tatsächlich mit der gewünschten erhöhten Geschwindigkeit durchfahren werden. Der am Ende der mit erhöhter Kolbengeschwindigkeit erfolgenden Kolbenbewegung auftretende Stoß zwischen den Kolben 13a und 136 wird wiederum durch das aus der Ringnut 456 durch den schulterförmigen Ansatz 406 verdrängte öl gedämpft.

Die der Zufuhr der beiden Kunststoffkomponenten in die Mischkammer 12 dienenden Eintrittsöffnungen 16 und 16' sind in gleicher Höhe bzw. auf gleichem Radius angeordnet, damit sie gleichzeitig durch den Ausstoßkolben 11 geöffnet und geschlossen werden, was zur Vermeidung eines unerwünschten Vorlaufes erforderlich ist.

Den beiden Eintrittsöffnungen 16 und 16' sind die zugeordneten Einlaßventile 5 und 5' unmittelbar benachbart, deren Ventilkegel 17 und 17' mit Ventilsitzen 18 und 18' entsprechender Formbewegung zusammenarbeiten. Um ein selbsttätiges druckabhängiges öffnen und Schließen der Einlaßventile 5 und 5' zu gewährleisten, sind Druckfedern 19 und 19' vorgesehen, so daß auf gesonderte Mittel zur Betätigung der Einlaßventile verzichtet werden kann. Eine Einstellung der Härte der Druckfedern 19, 19' erfolgt über Einstellbuchsen 20 und 20', wodurch die Größe des Öffnungsdruckes der Einlaßventile 5 und 5' in sehr einfacher Weise eingestellt werden kann. Dieser öffnungsdruck muß naturgemäß höher als der Rezirkulationsdruck gewählt werden.

Die Einlaßventile 5 und 5' sind in Ventilkammern 21 und 21' hin- und hergehend beweglich angeordnet. Da der den mittleren Teil bildende Ventilschaft der Einlaßventile 5 und 5' einen wesentlich geringeren Durchmesser als die zugeordnete Ventilkammer aufweist, ist ein Ringraum mit relativ großem Querschnitt vorhanden, der bei der Rezirkulation durchströmt wird, ohne daß hierdurch eine unerwünschte Druckerhöhung stattfinden würde. Bei der Rezirkulation tritt die

Kunststoffkomponente über das Zuleitungsrohr 3 bzw. 3' in die Ventilkammer 21 bzw. 21' ein und sie verläßt diese über die nicht dargestellte Rücklaufleitung 6 bzw. 6', wobei sich die beiden Einlaßventile 5 und 5' in der Schließstellung befinden.

Durch die beiden mit ihren Achsen rechtwinklig zur Mischkammer und zum Ausstoßkolben angeordneten Einlaßventile wird somit ein Einwirken der Kunststoffkomponenten auf den Ausstoßkolben und auf die Mischkammer während der oft relativ langdauernden Rezirkulationsphase vermieden, so daß keine Dichtungs- oder Verklebungsprobleme bestehen. Außerdem kann die Rezirkulation unter einem relativ niedrigen Druck von ca. 30 atü durchgeführt werden, da an sämtlichen Stellen des Strömungskreislaufes ausreichend hohe Strömungsquerschnitte zur Verfügung stehen, denn die Rezirkulation muß nicht über die Mischkammer-Eintrittsöffnungen erfolgen. Sehr günstig ist ferner in diesem Zusammenhang die Tatsache, daß durch den erfindungsgemäßen Mischkopf ohnehin nur eine sehr geringe Teilmenge rezirkuliert, da der größte Teil der Kunststoffmenge durch den Bypaß 10 rezirkuliert.

Beim Umschalten von Rezirkulation auf Einspritzen wird zunächst — z. B. durch einen nicht dargestellten Handknopf — das Absperrventil 7 geschlossen, so daß die gesamte Kunststoffkomponentenmenge, die von der Förderpumpe 2 geliefert wird, über die Zulaufleitung 3 und den einen Teil der Rücklaufleitung 6 in die Ventilkammer des Einlaßventiles 5 gefördert wird. Das gleiche gilt bezüglich der anderen Kunststoffkomponente bzw. bezüglich des gegenüberliegenden Einlaßventiles 5'. Da zunächst die Kunststoffkomponenten an keiner Stelle entweichen können, baut sich in dem gesamten System sehr rasch der erforderliche hohe Einspritzdruck von mehr als 100 atü auf, wobei die genaue Einstellung des gewünschten hohen Einspritzdruckes über das Druckbegrenzungsventil 9 bzw. 9' erfolgt. Bei oder kurz vor Erreichen des gewünschten Einspritzdruckes öffnen die beiden Einlaßventile 5, 5' und kurz nach diesem öffnen wird der zuvor in der vorderen Endlage befindliche Ausstoßkolben 11 in die in F i g. 2 dargestellte hintere Endstellung verfahren. Um eine möglichst genaue Dosierung zu erreichen, ist es nämlich zweckmäßig, die Dosierung allein durch den Ausstoßkolben 11 vornehmen zu lassen, weshalb die beiden Einlaßventile S, 5' schon kurz bevor der Ausstoßkolben 11 die Eintrittsöffnungen 16,16' freigibt, geöffnet werden.

Wie schon erwähnt, erfolgt die Beendigung des Einspritzvorganges durch Verfahren des Ausstoßkolbens 11 aus der hinteren Endstellung in die vordere Endstellung, wo das vordere Ende des Ausstoßkolbens U mit dem freien Ende der Mischkammer 12 bündig abschließt, so daß etwaige Gemischrestc aus der Mischkammer 12 vollständig ausgestoßen werden, was ebenfalls für eine exakte Dosierung sehr günstig ist. Während oder unmittelbar nach Beendigung dieses Ausstoßvorganges wird das Absperrventil 7 geöffnet, so daß die Umschaltung auf Rezirkulation erfolgt. Der Übergang vom Einspritzvorgang zur Rezirkulation hat ein sofortiges Abfallen des hohen Einspritzdruckes von mehr als 100 atü auf den niedrigen Rezirkulationsdruck von ca. 30 atü zur Folge. Hiermit gleichzeitig schließen die beiden Einlaßventile 5 und 5' selbsttätig aufgrund des Druckabfalls.

Eine besonders exakte Dosierung der eingespritzten Kunststoffkomponentenmengen läßt sich wie folgt erreichen:

Die dem Austritt des Ausstoßkolbens 11 gegenüberliegende Stirnwand 15a des Arbeitszylinders 14 weist einen federbelasteten Stößel 30 auf, der in der Stirnwand ISa in Längsrichtung des Arbeitszylinders 14 hin- und hergehend beweglich angeordnet ist und mit einem außerhalb des Arbeitszylinders 14 angeordneten Endschalter 31 zusammenarbeitet bzw. den Endschalter 31 betätigt. Wie aus F i g. 2 der Zeichnung ersichtlich, arbeitet der federbelastete Stößel 30 mit der Stirnfläche des tauchkolbenartigen Vorsprunges 42 derart zusammen, daß bei einer bestimmten Stellung des Kolbens 13a und des Ausstoßkolbens 11 der Stößel 30 und der Endschalter 31 betätigt werden. Die Stellung, bei der eine Betätigung des Endschalters 31 erfolgt, ist nun derart gewählt, daß diese Betätigung beim Überfahren der Einlaßöffnungen 16, 16' durch das Ende des Ausstoßkolbens 11 erfolgt Dieser Betätigungszeitpunkt (Zeitpunkt des Überfahrens bzw. der Freigabe der Eintrittsöffnungen 16, 16' durch das untere Ende des Ausstoßkolbens 11) wird nun als Beginn der Schußzeit (Beginn des Einspritzvorganges) festgelegt Mit anderen Worten, die Schußzeit wird direkt durch den Ausstoßkolben 11 bzw. durch ein Abtasten der Stellung des Ausstoßkolbens 11 gesteuert Hierdurch läßt sich eine wesentliche genauere Dosierung der Einspritzmengen erzielen als dies bislang bei den bekannten Mischköpfen der Fall war, denn bei den bekannten Mischköpfen erfolgen der Lauf der Schußzeit und der Bewegung des Ausstoßkolbens unabhängig voneinander bzw. diese beiden Vorgänge werden zunächst gleichzeitig durch einen Impuls ausgelöst Dies hat aber den großen Nachteil zur Folge, daß in den Fällen, wo der Ausstoßkolben sich zu Beginn seiner Bewegung zunächst einmal erst »losreißen« muß, Ungenauigkeiten bei der Dosierung auftreten, denn in diesen Fällen ist die praktische Schußzeit kleiner als die berechnete Schußzeit. Die Schußzeit wird nämlich um die Zeitdauer verkürzt, um die der Ausstoßkolben zu Beginn seiner Bewegung »zu langsam ist«. Relativ häufig sind derartige Fälle in der Praxis vor allem dann, wenn der zeitliche Abstand zwischen zwei verschiedenen Schüssen relativ groß ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Mischkopf werden die vorgenannten Schwierigkeiten sehr einfach dadurch vermieden, daß die Schußzeit bzw. die Schußdauer direkt durch den Ausstoßkolben gesteuert bzw. ausgelöst wird, so daß sichergestellt ist daß zu Beginn der Schußzeit sofort mit dem Einspritzvorgang begonnen wird, ohne daß irgendwelche zeitlichen Verzögerungen auftreten, die zu geringe Dosiermengen ergeben.

Am Ende der Schußzeit deren Dauer durch eine beliebige bekannte, nicht dargestellte Vorrichtung eingestellt werden kann, werden der Kolben 13a und hiermit gleichzeitig der Ausstoßkolben 11 aus der in F i g. 2 dargestellten Endstellung in die gegenüberliegende Endstellung verfahren. Der Zeitpunkt des Überfahrens der Eintrittsöffnungen 16, 16' durch das eine Ende des Ausstoßkolbens U wird hierbei als Endzeitpunkt der Schußzeit festgelegt, so daß die gewählte Schußzeit mit der tatsächlichen Schußzeit bzw. mit der tatsächlichen Zeitdauer des Einspritzvorganges genau übereinstimmt

Anstelle von Druckluft oder anstelle des üblichen Hydrauliköles kann als Druckmedium zur Betätigung des Arbeitskolbens 13 Dioktylphthalat benutzt werden, wodurch unerwünschte Reaktionen zwischen dem

Druckmedium (zur Betätigung des Arbeitskolbens 13) und den Kunststoffkomponenten vermieden werden, da Dioktylphthalat mit den üblicherweise in Anwendung kommenden Kunststoffkomponenten nicht chemisch reagiert, was hingegen bei Hydrauliköl der Fall ist. Eine derart unerwünschte chemische Reaktion kann somit erfindungsgemäß selbst dann vermieden werden, falls ein dünner Film an Druckmedien noch durch den Ausstoßkolben 11 aus der einen Arbeitskammer des Arbeitszylinders 14 in die Mischkammer 12 trotz der zwischengeschalteten Dichtungen 2 und 3 transportiert werden sollte.

Der Mischkopf wird vornehmlich zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen verwendet, und zwar insbesondere auch zur Herstellung von Polstern, von Automobilsitzen u.dgl. Bei der Herstellung eines

10

15

derartigen Polyurethanschaumstoffes bestehen die beiden Kunststoffkomponenten aus Toluoldiisozyanat und Polyol.

Von dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind z. B. Abweichungen derart möglich, daß die Rücklauf2irkulierung in der eingangs beschriebenen bekannten Art und Weise ausgebildet wird, wenn es in Sonderfällen möglich erscheint, die hierdurch bedingten Nachteile in Kauf zu nehmen. Ferner kann in Ausnahmefällen und unter besonderen Umständen auf eine Rücklaufzirkulation völlig verzichtet werden. Auch die Art der Steuerung der Schußzeit kann geändert werden, falls es in Sonderfällen auf eine sehr genaue Dosierung der Menge der Kunststoffkomponenten nicht so sehr ankommt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 Patentansprüche:

1. Hochdruck-Mischkopf zum Erzeugen eines vorzugsweise chemisch reaktionsfähigen Gemisches aus mindestens zwei Kunststoffkomponenten insbesondere zur Herstellung von Schaumstoffprodukten mit einer Mischkammer, die Eintrittsöffnungen für die einzelnen Kunststoffkomponenten und eine Austrittsöffnung für das Kunststoffkomponenten-Gemisch besitzt, sowie mit einem in der Mischkam- ι ο mer angeordneten querschnittsgleichen Ausstoßkolben, der mit einem durch Druckmittel, insbesondere Hydrauliköl, betätigten Arbeitskolben eines Arbeitszylinders verbunden und aus einer die Eintrittsöffnungen offenlassenden hinteren Endstellung bis in is den Bereich der vorderen Austrittsöffnung hin- und hergehend bewegbar ist, wobei die Eintrittsöffnungen gegenüber der Mischkammer gleichzeitig abgesperrt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (13) aus einem mit dem Ausstoßkolben (11) fest verbunden Kolben (t3a) und einem hierauf insbesondere konzentrisch angeordneten und zwischen zwei Anschlägen (40a, 40b) des Kolbens (i3a) axial verschieblichen Ringkolben (13/),) besteht, der mit seiner Innenwandung gegen die Außenwandung des Kolbens (13a,) und mit seiner Außenwandung gegen die Innenwandung des Arbeitszylinders (14) abgedichtet ist, daß das dem Ausstoßkolben (11) entfernte Ende des Kolbens (13a,) aus einem tauchkolbenartigen Vorsprung (42) besteht, der mit einer form- und querschnittsgleichen Ausnehmung (43) kurz vor und bei Erreichen der einen Endstellung der hin- und hergehenden Kolbenbewegung zusammenarbeitet, die in einer Arbeitszylinder-Stirnwand (15a,) angeordnet und mit einem (15) von zwei Anschlüssen (15, 15') des Druckmittels für den Arbeitszylinder (14) verbunden ist, und daß die in Kolbenbewegungsrichtung gemessene Längserstreckung (α) der Ausnehmung (43) kleiner gleich der axialen Relativverschiebung (c) von Kolben (\3a) und Ringkolben (\3b) und größer gleich dem axialen Abstand (b) ist, den die Ausstoßkolben-Stirnseite in ihrer hinteren Endstellung von dem entfernten Ende der Eintrittsöffnungen (16,16') hat.

2. Hochdruck-Mischkopf gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kolbens (13a,) weniger als die Hälfte des Durchmesser des Ringkolbens (Htybeträgt.

3. Hochdruck-Mischkopf gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stirnflächen des Ringkolbens (13tymit jeweils einer Ringnut (45a bzw. 45b) versehen sind, die mit den als ringförmige Schultern ausgebildeten Absätzen (40a bzw. 40b) des Kolbens (13a,) ein Eingriff bringbar sind.

4. Hochdruck-Mischkopf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung der Ausnehmung (43) gegenüber der Außenwandung des tauchkolbenartigen Vorsprun- (>o ges (42) mittels einer Ringdichtung (44) abgedichtet ist.

5. Hochdruck-Mischkopf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Anschluß (15') zur Zuführung des <>5 Druckmittels zu dem doppelt wirkenden Arbeitszylinder (14) in der anderen Arbeitszylinder-Stirnwand (15Z),) angeordnet ist.

6. Hochdruck-Mischkopf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Eintrittsöffnung (16,16') ein Einlaßventil (5,5') zugeordnet ist, das sich beim Rücklauf in seiner Schließstellung befindet und wodurch die Kunststoffkomponenten jeweils unter Niederdruck im Rücklauf zirkulieren.

7. Hochdruck-Mischkopf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Schußzeit durch ein Abtasten der Stellung des Ausstoßkolbens (U) steuerbar ist und daß der Beginn der Schußzeit auf den Zeitpunkt der Freigabe der Eintrittsöffnungen (16, 16') durch den Ausstoßkolben (11) festgelegt ist.