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Drei-Komponenten-Spritzdüse
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Drei-Komponenten-Düse, bei welcher
mit Hilfe der ersten Komponente Druckluft zwei flüssige, plastische oder mit Luft
durchsetzte Medien im Düsenmundstück vermischt und auf Oberflächen gespritzt oder
in Formen verteilt werden.
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In der Praxis gibt es eine Vielzahl derartiger Spritzgeräte für Farben,
Kunststoffe, Mehrkomponenten-Kunststoffe etc.
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wie z.B. in der deutschen Patentschrift 2 601 368.3 beschrieben. Die
moderne Entwicklung hat dazu geführt, daß besonders schnell bindende Komponenten
erst im Düsenmundstück zusammengeführt, dort mit Luft verwirbelt und gleichzeitig
versprüht werden. Nach diesem Verfahren werden auch plastische Kunststoffe oder
Mörtel versprüht und dabei in der Düse Leicht stoff wie Schaumkunststoff oder Fasern
beigemengt. Diese Leichtstoffe und Fasern werden der Spritzdüse durch ein Rohr oder
einen Schlauch fliegend zugeführt. Wahlweise ist auch, z.B.
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bei Glasfaser, direkt am Spritzgerät ein Zerhacker montiert, welcher
den Faserstrang in gleichmäßig lange Teilchen zerhackt.
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Bekannt sind z.B. Spritzdüsen, bei welchen dieses Luft-Fasergemisch
durch ein zentrales Rohr im Spritzgerät geführt wird, zu dessen Düse in einem das
Zentralrohr umhüllende Mantelrohr die Druckluft und weiter außen über das Gehäuse
des Spritzgerätes der Mörtel oder der plastische Kunststoff zugeführt wird.
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Dieses Spritzgerät ist in der Praxis nur schwierig zu handhaben, besonders
bei mörtelartigen Massen. Die dort vorhandenen Gewinde, welche die einzelnen Düsen-
und Gehäuseteile verbinden, sind schnell unlösbar oder blockiert. Wenn der Mörtel
Klumpen oder grobe Bestandteile enthält, treten in den Ringkanälen und Düsenöffnungen
Verstopfungen auf, welche nur mühsam und durch Zerlegen des Gerätes beseitigt werden
können.
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Ein weiterer Nachteil dieser Geräte ist, daß ihr Spritzstrahl nicht
schnell veränderbar ist. Dies ist notwendig, wenn komplizierte Formen gespritzt
werden müssen, wo die Notwendigkeit besteht, den Spritzstrahl laufend zu bündeln
oder fächerartig zu gestalten, um das Material wahlweise in enge Offnungen oder
auf Flächen gleichmäßig verteilen zu können.
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Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spritzdüse zu schaffen,
welche nicht nur für den praktischen Betrieb robust, unempfindlich und leicht zerlegbar
ist, sondern welche auch die Möglichkeit bietet, den Spritzstrahl während des Spritzvorganges
auf einfachste Weise in seiner Bündelung und Intensität zu verändern. Weiter besteht
die Aufgabe, eine gute und regulierbare Durchmischung in der Düsenöffnung zu erreichen
bei möglichst geringem Luftbedarf und Vermeidung nachteiliger Vernebelungswirkung.
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Die Aufgaben werden gelöst durch neuartige Gestaltung der Austrittsöffnung
dieser Drei-Komponenten-Spritzdüse wie im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschrieben
und in den Unteransprüchen weiter ausgeführt.
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Zunächst hat die erfindungsgemäß gewählte Gestaltung den wesentlichen
Vorzug, daß die vom Zulauf 20 durch das Gehäuse 2 strömende Plastik- oder Mörtelmasse
durch die aus den am Umfang gleichmäßig verteilten schlitzförmigen Luftaustrittsöffnungen
24 bei Durchströmen der Ringmischzone 13 durchkämmt wird. Dies hat zunächst eine
Vormischung zur Folge. Wichtig ist jedoch der Effekt, daß die Druckluft im wesentlichen
durch den Mörtel hindurchtritt und auf die Prallfläche 7 des Düsenmundstücks 4 trifft.
Dabei wird die Luft umgelenkt, in erster Linie nach innen zur Düsenöffnung 5 hin.
Diese ist als kreisförmige Öffnung gemäß Hauptanspruch vorzugsweise mit einem Durchmesser
ausgestattet, welcher kleiner als der Hülldurchmesser der Luftaustrittsöffnungen
24 ist. Hierdurch wird der zunächst mehr oder weniger runde Luftstrahl in einen
fächerförmigen, breiten Strahl verwandelt, der in Zusammenwirkung mit den am Umfang
gleichmäßig verteilten Luftstrahlen, die aus den Öffnungen 24 austreten, beim Austritt
aus der Düsenöffnung 5 einen Lufthüllmantel ergibt, welcher das weiter innen liegende
Gemisch bündeltund umschließt. Dies führt zu einer sauberen Strahlabgrenzung.
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Ein weiterer Nebeneffekt des Aufprallens der Luft auf die Prallmembrane
7 ist eine Verwirbelung zwischen Luft und Plastikmasse.
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Dies hat zur Folge, daß der beim Durchströmen der Ringmischzone 13
schon durchkämmte Strom an Plastikmasse oder Mörtel weiter durchwirbelt und fein
verteilt wird, bevor er mit der zweiten Komponente in Berührung kommt, welche aus
dem Zentralrohr 1 durch die Düsenöffnung 5 strömt. Das Düsenmundstück 4 ist aus
abriebfestem, elastischem Gummi oder Kunststoffmischungen hergestellt und damit
erfahrungsgemäß vielfach verschleißfester als jede Stahllegierung.
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Vorzugsweise wird durch das Zentralrohr 1 ein Luftstrom mit darin
verteilten Leichtstoffteilchen wie z.B. Styropor, Blähstoffen aller Art oder Glasfasern
geleitet. Die Umhüllung dieser Teilchen ist oft schwierig und muß von Fall zu-Fall
angepaßt werden durch Einstellung der Verwirbelungsintensität in der Mischzone der
Spritzdüse,
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist dies sehr vorteilhaft
erreichbar durch Veränderung der Aufprallwirbelung, welche wie beschrieben entsteht,
wenn die aus den Öffnungen 24 austretenden Luftstrahle beim Auftreffen auf die Prallfläche
7 verwirbelt werden.
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Wird der Innendurchmesser der Öffnung 5 stark verkleinert, dann werden
die Luftstrahle völlig durch Aufprallen verwirbelt. Demzufolge ist kein ausgeprägter
Umhüllungsluftmantel mehr vorhanden, wenn das Gemisch aus der Düsenöffnung 5 ins
Freie tritt. Um hier ein zu großes Versprühen zu vermeiden, kann in bekannter Weise
vor dem Düsenmundstück 4 ein sog.
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Zentrierkragen 6 angeordnet sein in Form einer elastischen oder mit
Blech verstärkten Hülse, welche aus einem Stück-mit dem Düsenmundstück 4 hergestellt
oder dort aufgesteckt ist.
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Die Prallfläche 7 kann an ihrer Innenkante eckig oder gerundet sein,
um die Verwirbelung und damit den Mischeffekt der Spritzluft zu beeinflussen.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird das Düsenmundstück 4 mit einer Membranwuist 26 versehen, welche wenigstens
auf der Innenseite kegelig ausgebildet ist und eine schräge Kegelfläche 28 aufweist,
auf welche der Fächerstrahl trifft, welcher aus den Düsenöffnungen 24 tritt.
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Diese kegelige Gestaltung der Membranwulst 26 erlaubt eine für die
Praxis wichtige und vorteilhafte Variation des Spritzstrahls.
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Dies wird dadurch erreicht, daß außen an der kegeligen Membran 26
ein Verstellring 27 aufliegt. Dieser Verstellring ist in bekannter Weise koaxial
verschiebbar auf dem Spritzgehäuse 2 oder dem Düsenmundstück 4 gelagert. Die Verschiebung
kann z.B.
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durch einen Pistolengriff oder ähnlich während des Spritzvorgangs
auf einfachste Weise erfolgen.
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Wird z.B. der Verstellring 27 in Richtung Düse gedrückt, dann verändern
sich drei Faktoren, nämlich die Breite der Ringmischzone 13, die Schräge der Prallkegelfläche
28 und der Innendurchmesser der Düsenöffnung 5.
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Alle drei Faktoren zusammengenommen bringen eine Veränderung in der
Durchmischung und Bündelung des Düsenstrahls.
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In bekannter Weise ist es auch möglich, eine gewisse Veränderung des
Düsenstrahle zu erreichen durch Veränderung der Breite der Ringmischzone 13 infolge
axialen Verschiebens des Zentralrohrs 3 im Gehäuse 2 und gegebenenfalls Arretierung
mit einer Feststellschraube 18. Eine solche Veränderung bringt jedoch nicht in jedem
Fall die gewünschte Änderung des Spritzstrahls und führt auch zu Reibung und Leckage
an der Stelle, wo das Zentralrohr 3 im Gehäuse 2 gelagert ist.
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In der Praxis ist es einfacher, zunächst die Breite der Ringmischzone
in einem bestimmten Einsatzfall fest einzustellen und dann in der beschriebenen
Weise durch verschieden starkes Andrücken des Verstellrings 5 gegen die Kegelmembrane
26 des Düsenmundstücks 4 den Strahl zu verändern. Damit ist nur ein geringer Kraftaufwand
und keinerlei Verschleiß oder Wartungsaufwand verbunden.
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Selbstverständlich ist es möglich, den Zentrierkragen 6 auch zu verbinden
mit dem Verstellring 27.
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Wahlweise ist es denkbar, die Innenseite des Düsenmundstücks 4 nicht
wie in der oberen Hälfte der Abbildung 1 dargestellt nur
kegelig
auszugestalten sondern mehr oder weniger gerundet an der Einströmkante der eigentlichen
Öffnung 5. Durch geschickte Dimensionierung des Ubergangsradius wird die Bildung
eines Luftmantels um den austretenden Strahl, die Verringerung von Tropfneigung
des Düsenmundstückes bei verschiedenartigen, besonders zähen Spritzmassen beherrschbar.
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Ein besonderer Vorteil der elastischen und als aufknöpfbare, elastische
Düse gewählte Gestaltung des Düsenmundstücks 4 liegt darin, daß mit der Plastikmasse
durch den Ringströmkanal 14 ankommende grobe Bestandteile nicht in der meist relativ
engen Ringmischzone 13 hängenbleiben. Kleine Grobkörner führen durch den Staudruck
zu einem kurzfristigen Aufbiegen der Membrane des Düsenmundstücks 4. Daraufhin können
Grobkörner austreten, ohne daß es zu einer zeitraubenden Stauung oder Verstopfung
kommt. Bei Anwendung des Verstellrings 27 genügt sogar ein kurzes Tippen auf den
Verstellhebel, um einen eventuell eingeklemmten Stein aus der Mörtelmischung freizulassen
und sofort ungestört weiterzuspritzen.
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In an sich bekannter Weise wird der Ringwulst 8, über welchen das
Düsenmundstück 4 mit seinem Wulst 9 geknöpft wird, als gehärtetes Stahlteil ausgebildet,
welches im meist aus Leichtmaterial hergestellten Gehäuse 2 der Spritzdüse eingegossen
ist.
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Je nach Spritzgut wird zum kräftigen Ausblasen, z.B. von Glasfasern,
noch ein Ringgebläse 11 notwendig. Dieses kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung
einfach teleskopförmig eingesteckt werden zwischen den Anschlußflansch 12 und das
Zentralrohr 1.
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Letzteres ist seinerseits teleskopartig in das Mantelrohr 3 eingesteckt,
vorzugsweise mit einer Ringdichtung 21, welche den rückwärtigen Austritt von Hochdruckluft
vermeidet.
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Die Anschlußkupplung 12 kann wahlweise einen Glasfaser-Häcksler oder
den Zuführungsschlauch für ein weiter ab aufgebautes Materialgebläse, Zellenradschleuse
etc. aufweisen
Der gesamte Einsatz, welcher das Mantelrohr 3, das
Zentralrohr 1 und die weiteren genannten Geräte umfaßt, wird erfindungsgemäß durch
einen Zugstrang 15 gegen einen festen Anschlag des Gehäuses 2 axial konzentrisch
gehalten. Im Falle von Verstopfungen oder zur leichten Reinigung ist der Zugstrang
15 wahlweise als Feder oder Schnellschlußhebel ausgebildet.
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Wird eine Feder gewählt, wie in der Abbildung dargestellt, dann wird
bei groben Verstopfungen im Ringkanal 13 und 14 und der Düsenöffnung 5 das Zentralrohr
durch den Luftdruck gegen die Federkraft 15 kurzzeitig nach hinten gedrückt. Andererseits
erleichtert ein elastischer Zugstrang auch die einfache und schnelle Befestigung
und Zerlegbarkeit der Teile gegen einander.
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Wie in Abbildung 2 dargestellt, werden die Luftaustrittsöffnungen
24 vorzugsweise als am Umfang gleichmäßig verteilte Nuten 24 ausgebildet. Diese
Nuten werden vorzugsweise eingefräst in einen Ringwulst, welcher einen Teil des
Zentralrohrs 1 darstellt. Dieser Ringwulst zentriert mit einem möglichst engen Spalt
25 im Mantelrohr 3.
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Im Gegensatz zu einem Ringkanal, wie bei bekannten Düsen, führen diese
Kanäle zu einem oben geschilderten guten Durchkämmen des Mörtels in der Ringmischzone
13. Werden große und wenige Luftöffnungen 24 angebracht, dann tritt mehr Luft zur
Prallfläche 28 und bildet einen besseren Luftumhüllungsmantel für den Mörtelstrahl.
Ausserdem ergeben größere Öffnungen ein geringeres Druckgefälle und weniger Vernebelung
des Materials.
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Anstelle von Bohrungen bieten diese Nuten die Möglichkeit der leichten
Reinigung. Im Falle der Verstopfung mit Mörtel oder Kunststoff genügt es, das Zentralrohr
nach hinten herauszuziehen und mit einer Bürste zu reinigen. Dies ist bei schnell
härtenden oder groben Massen ein für die Praxis unschätzbarer Vorteil.
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Das Austrittsende der Nuten 24 bzw, des Zentralrohres 1 kann wahlweise
senkrecht zur Achse oder schräg sein.
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wie in der oberen bzw. unteren Hälfte von Abbildung 1 dargestellt.
Damit wird die Strahl- und Mischwirkung beeinflußt.
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Wahlweise können diese Nuten auch schräg zur Achse eingefräst werden,
um einen Drall in bekannter Weise zu erzeugen.
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In keinem Fall werden die Nuten jedoch kegelig zueinander angeordnet,
wie aus dem Stand der Technik bisher bekannt.
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Hierdurch würde die geschilderte Misch- und Strahlwirkung beeinträchtigt.
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Wahlweise ist es jedoch denkbar, die Nuten insich kegelig zu machen,
wobei ihre Kegelachse parallel ist zur Mitte der Spritzdüse. Diese kegelige Bohrung
hat den Vorzug, daß die Luft beim Durchströmen expandiert und daß grobe Mörtelkörner
nicht nach hinten durchtreten können beim Ablegen des Spritzgerätes. Ebenso wird
gegebenenfalls die Reinigung durch Ausbürsten in einer Richtung erleichtert.
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Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Spritzdüse ist darin
zu sehen, daß zur Veränderung des Strahls und der Mischwirkung das innere Zentralrohr
1 axial leicht verschiebbar gegenüber dem Hüllrohr 3 eingerichtet ist. Wenn z.B.
die Nutenwulst 24 vorgeschoben ist, kann die Spritzluft schräg nach außen treten.
So wird die Durchmischung der Plastikmasse beeinflußt beim Durchströmen des Ringkanals
13.
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L e e r s e i t e