DE2652549C2

DE2652549C2 - Spritzdüse

Info

Publication number: DE2652549C2
Application number: DE2652549A
Authority: DE
Inventors: Theodor Fristad Erik; Torsten Ström
Original assignee: N. Lundbergs Fabriks AB, Fristad
Priority date: 1975-11-18
Filing date: 1976-11-18
Publication date: 1987-05-14
Also published as: US4093121A; SE389054B; JPS5284252A; DE2652549A1; FI763307A; NO763905L; CH601006A5; BE848437A; DK518076A; DK152343C; DK152343B; FR2332122A1; IT1067977B; GB1525439A; NL7612874A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spritzdüse für die Zuführung zweier Komponenten bei der Herstellung einer Schaumkunststoffschicht innerhalb eines langgestreckten Hohlraums, dessen Wandung in bezug auf die Spritzdüse kontinuierlich von dieser wegbewegt wird, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zum Erzielen eines guten Ergebnisses und einer hochwertigen Qualität der Schaumkunststoffschicht ist es beim Strangpressen oder Extrudieren der Wand des Hohlraums von grundlegender Bedeutung, daß die Komponenten, die die Schaumkunststoffschicht ausmachen sollen, beispielsweise das Basismaterial und das Schaummittel, an der geeigneten Stelle im Hohlraum zugeführt werden, und zwar insbesondere dann, wenn die Schaumkunststoffschicht gleichzeitig beim Extrudieren der Wand mit hergestellt wird. In diesem Fall müssen die herrschenden Temperaturverhältnisse berücksichtigt werden und insbesondere die Tatsache, daß die Temperatur unmittelbar in der Nähe der Stelle, an der die Wandung des Hohlraums den Spritzkopf verläßt, in der Regel für die Ausdehnung oder Expansion der Schaumkunststoffschicht zu hoch ist. Es ist somit unerläßlich, die Schaumkunststoffkomponenten dem Hohlraum in einem wesentlichen Abstand vom Spritzkopf zuzuführen. Ein anderes Problem bei Spritzdüsen der vorliegenden Art ist darin zu sehen, daß der Gesamtaußendurchmesser der Spritzdüse oft ziemlich klein gestaltet werden muß, damit die Spritzdüse in den Hohlraum eingeführt werden kann. Dieses Problem tritt besonders dann auf, wenn die Schaumkunststoffschicht umgebende Wand gleichzeitig mit der Herstellung der Schicht extrudiert wird, und zwar deswegen, weil der Raum in dem Spritzkopf, der gewöhnlich ein Querspritzkopf ist, oft äußerst beschränkt ist. Es kommt hinzu, daß eine Möglichkeit zur Reinigung der Spritzdüse von Kunststoffmaterial, das deren Mündung verstopfen könnte, gegeben sein muß, für den Fall, daß die im übrigen kontinuierlich ablaufende Herstellung der Schaumkunststoffschicht unterbrochen wird, ohne daß hierdurch umfassende Demontagearbeiten verursacht werden. Es ist also wünschenswert, wenn nicht gar unerläßlich, daß die Reinigung der Spritzdüse von der Außenseite des Hohlraums her erfolgen kann, und die hierfür erforderlichen Mittel bedeuten im allgemeinen eine Vergrößerung der Abmessungen, insbesondere des Durchmessers, der Spritzdüse, was unerwünscht ist.

Eine Spritzdüse der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung ist aus der US-PS 34 44 279 bekannt. Hiernach ist die biegsame Zuführleitung für die Schaumkunststoff-Komponenten mit dem Mündungsende aus einem flachen Gebilde mit drei parallel zueinander verlaufenden Kanälen hergestellt. Dieser einheitliche Formkörper liegt frei innerhalb des mit Schaumkunststoff auszufüllenden Hohlraums zwischen dessen äußerer Wand und einem inneren Rohr, wobei dieser Formkörper auf allen Seiten mit Abstand frei innerhalb des auszufüllenden Hohlraums liegt. Auch die Abgabedüse oder das Mundstück des Formkörpers bildet einen einheitlichen Bauteil, der drei innere Kanäle aufweist, die mittels dreier Anschlußteile mit den drei Kanälen des Formkörpers verbunden werden können. Die drei Kanäle laufen innerhalb des einheitlichen Bauteils des Mundstücks zusammen, um durch eine von diesem Bauteil gebildete gemeinsame Abgabeöffnung auszumünden.

Mit dieser bekannten Ausbildung ist es nicht möglich, bei Spritzdüsen großer Länge die zuzuführenden Komponenten des Schaumkunststoffs jeweils auf der geeigneten Temperatur zu halten, diese Komponenten also wahlweise zu kühlen oder zu erwärmen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spritzdüse großer Länge und kleiner Querabmessungen zu schaffen, die auf der ganzen Länge auf einer geeigneten Temperatur gehalten werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch 1.

Hiernach ist außerhalb des zentralen Spritzdüsenrohrs und außerhalb der zu dessen beiden Seiten angeordneten Zuführleitungen ein äußeres Mantelrohr vorgesehen, in welchem die Zuführleitungen gemeinsam mit dem zentralen Rohr eine Scheidewand bilden, so daß auf deren beiden Seiten getrennte Räume gebildet sind, die sich axial längs des Mantelrohrs erstrecken und die in der Nähe des offenen Endes des zentralen Rohres miteinander in Verbindung stehen. Durch diese Räume kann ein Kühlmittel oder ein Wärmemittel über die ganze axiale Länge der Spritzdüse bis an deren inneres Mündungsende zugeführt und wieder abgeleitet werden. Auf diese Weise lassen sich die durch die Zuführleitungen zugeführten Komponenten des Schaumkunststoffs immer auf der richtigen, für die Verarbeitung erforderlichen Temperatur halten.

Mit der Weiterbildung gemäß Anspruch 2 ist es möglich, mit Hilfe von in das zentrale Spritzdüsenrohr eingeführtem Druckgas aufgrund einer Venturi-Wirkung die durch die beiden Zuführleitungen zugeführten Kunststoffkomponenten mitzureißen und diese durch die Mündung der Spritzdüse abzugeben.

Bei der Weiterbildung gemäß Anspruch 3 ist innerhalb des zentralen Spritzdüsenrohres eine als verschiebbare Stange ausgebildete Reinigungsnadel vorgesehen, die auch als Ventilorgan dient.

Zur Erläuterung der Erfindung werden im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnungen Ausführungsformen im einzelnen beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines Querspritzkopfes zum Belegen eines Rohres mit einer Schicht von Schaumkunststoffmaterial unter gleichzeitigem Extrudieren eines Mantels um die Schaumkunststoffschicht.
Fig. 2 ist in größerem Maßstab ein Längsschnitt des Mündungsbereichs der Spritzdüse.
Fig. 3 ist ein Querschnitt durch die Spritzdüse.
Fig. 4 ist ein Längsschnitt einer anderen Ausführungsform der Spritzdüse.
Fig. 1 zeigt den Spritzzylinder 10 einer Strangpresse mit Schraube 11 und Einfülltrichter 12. An den Spritzzylinder ist ein Querspritzkopf 13 mit kreisförmiger Spritzdüse 14 zum Extrudieren eines zylindrischen Rohres 15 aus Thermoplast, beispielsweise Polyäthylen, angeschlossen; im folgenden wird dieses Rohr als Mantel bezeichnet. Der Querspritzkopf 13 umfaßt einen mittleren Kanal 16 für die Durchführung eines Leitungsrohres 17 aus Kupfer, Kunststoff oder anderem geeigneten Material, sowie eine Spritzdüse 18 für die Zufuhr der beiden Komponenten eines Schaumkunststoffmaterials (Zellkunststoff oder poriger Kunststoff) eines Zweikomponententypus, beispielsweise Polyurethanschaum, wobei diese Komponenten aus Basismaterial und Schaummittel bestehen können, sowie einen Kanal 19 zur Entlüftung des zwischen dem Mantel 15 und dem Leitungsrohr 17 gebildeten ringförmigen Hohlraumes.
Ein Stützgerät 20 mit Wasserkühlung 21 schließt sich direkt an die Spritzdüse 14 an, um den noch weichen Mantel 15 von außen gegen inneren Druck aufzustützen. Die Außenfläche des Mantels 15 gleitet gegen die inwendige, gestaltende und abstützende Fläche des Stützgeräts 20, wenn der Mantel 15 die Spritzdüse 14 verläßt.
Das Leitungsrohr 17 wird axial durch den Kanal 16 im Querspritzkopf 13 koaxial in den extrudierten Mantel 15 mit der gleichen Geschwindigkeit gefördert, mit welcher der Mantel 15 extrudiert wird. Der Vorschub des Leitungsrohres 17 kann auf herkömmliche Weise mittels hier nicht näher gezeigter Rollen erzielt werden, welche mittels Reibung mit dem Rohr im Eingriff stehen. Wenn der Mantel 15 von der Spritzdüse 14 bei kontinuierlich ablaufender koaxialer Einführung des Leitungsrohres 17 in dieselbe mit der gleichen Geschwindigkeit vorgeschoben wird, werden in den kreisförmigen Hohlraum 22 zwischen Rohr 17 und Mantel 15 durch die Spritzdüse 18 die beiden Schaumkunststoffkomponenten eingeführt, welche dazu dienen, eine steife Schaumkunststoffschicht 23 um das Leitungsrohr 17 zu bilden, wobei die Menge Kunststoff, welche pro Zeiteinheit zugeführt wird, so bemessen ist, daß diese Schicht den Hohlraum 22 ganz ausfüllt. Der Druck, den der sich ausdehnende Kunststoff dabei auf den noch weichen umgebenden Mantel 15 ausübt, wird von dem Stützgerät 20 aufgenommen, und während der Ausdehnung gebildete Gase entweichen durch den Entlüftungskanal 19.
Da die Temperatur des Querspritzkopfes 13 200°C betragen kann, wogegen die Ausdehnungstemperatur oft bedeutend niedriger ist und vielleicht 60° beträgt, ist es unerläßlich, die Schaumkunststoffkomponenten an einer Stelle im kreisförmigen Hohlraum 22 zuzuführen, wo die Temperatur für die Ausdehnung günstig ist. Die durch den Querspritzkopf 13 gezogene Spritzdüse 18 weist deshalb eine verhältnismäßig bedeutende Länge auf, wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, und muß außerdem hinsichtlich ihres Querausmaßes verhältnismäßig klein sein, damit sie durch den Querspritzkopf in den Hohlraum 22 gezogen werden kann, ohne daß sie einen durchgreifenden Umbau des Querspritzkopfes 13 und eine Umlegung der darin vorhandenen Kanäle für das Kunststoffmaterial für den Mantel verursacht.
Die Spritzdüse 18 ist aus einer Mehrzahl von Teilen zusammengesetzt, welche auf dem Markt normal zu beziehen sind, nämlich Rohr- und Stangenmaterial. Dazu kann die Spritzdüse 18 längs ihrer ganzen Länge gekühlt werden, so daß die Schaumkunststoffkomponenten bei einer geeigneten Temperatur gehalten werden können; außerdem ist sie mit einer Reinigungsnadel 30 versehen.
Unter Hinweis auf Fig. 2 und 3 weist die Spritzdüse 18 einen äußeren Mantel 24 aus kaltgezogenem säurefestem Stahlrohr auf, welcher an einem Ende, nämlich dem Mündungsende, der Spritzdüse mit einem darin dichtend befestigten Schlußstück 25 versehen ist. Dieses Schlußstück wird von einem zentralen, ebenfalls kaltgezogenen, säurefesten Stahlrohr 26 durchzogen, welches am Ende des Schlußstückes 25 mündet und welches sich durch die ganze Spritzdüse bis an deren anderes Ende erstreckt, welches sich außerhalb des Querspritzkopfes 13 befindet. Auf an diesem zentralen Rohr 26 diametral entgegengesetzten Seiten sind zwei kaltgezogene, säurefeste Stahlrohre 27 und 28 angeordnet, welche längs des zentralen Rohres 26 fest, geschweißt oder festgeklebt sind, wobei die von den drei Rohren gebildete Einheit ein Querausmaß aufweist, welches hauptsächlich ebenso groß ist wie der innere Durchmesser des Außenmantels 24, mit solchen Toleranzen, daß das Rohraggregat in den Außenmantel 24 eingeschoben oder eingetrieben werden kann. Neben dem Schlußstück 25 sind die beiden Rohre 27 und 28 durch Abplattung ganz verschlossen, und in der Nähe des Schlußstückes 25 stehen sie durch eine Querbohrung 29 in Verbindung mit dem Kanal durch das zentrale Rohr 26. Zur Aufnahme dieser Querbohrung kann in das Rohr 27 oder 28 ein Loch gebohrt werden, welches anschließend zugestopft wird. Die Rohre 27 und 28 sind aus der Spritzdüse 18 an deren äußerem Ende herausgezogen und an Zufuhrleitungen für die beiden Komponenten angeschlossen, welche das Schaumkunststoffmaterial bilden sollen. Im Kanal des Rohres 26 ist eine gezogene, geschliffene und polierte Stahlstange 30 angeordnet, die im Rohr 26 axial verschiebbar ist, und zwar von der in Fig. 2 gezeigten Lage, wo die Querbohrung 29 freigelegt ist, so daß eine freie Verbindung zwischen dem Rohr 27 bzw. 28 und dem Kanal durch das Rohr 26 besteht, und einer vorgeschobenen Lage, an welcher sich das Ende der Stange 30 ganz vorne an der Mündung der Spritzdüse oder sogar etwas außerhalb der Mündung befindet. In der letzterwähnten Lage ist die Verbindung zwischen den Rohren 27 und 28 einerseits und dem Rohr 26 andererseits mittels der Stange 30 unterbrochen, welche also sowohl als Reinigungsnadel wie als Ventilorgan dient. Das aus den Rohren 26, 27 und 28 zusammengesetzte Aggregat bildet eine Scheidewand im Außenmantel 24 und teilt das Innere desselben in zwei Hälften, welche nur in der Nähe des Schlußstückes 25 aufgrund der Abplattungen an den Enden der Rohre 27 und 28 miteinander verbunden sind. Dem einen der im Außenmantel 24 somit gebildeten zwei Räume, in Fig. 3 als 31 und 32 bezeichnet, welche sich über die ganze axiale Länge der Spritzdüse erstrecken, kann ein Kühlmittel, beispielsweise Kühlwasser, vom äußeren Ende der Spritzdüse zugeführt werden, wobei dieses Kühlmittel längs der Spritzdüse an deren inneres Ende strömt, wo es bei dem Schlußstück 25 in den anderen Raum übergeht, um durch diesen Raum ans äußere Ende der Spritzdüse zurückzutrömen und dann abgeleitet zu werden, gegebenenfalls zur Rückzirkulation über einen Kühler. In gewissen Fällen kann es auch darum gehen, ein Wärmemittel anzuwenden, in Abhängigkeit davon, welche Art von Schaumkunststoff verwendet wird, und von den im übrigen obwaltenden Bedingungen.
In einer typischen Ausführungsform der Spritzdüse 18 weist das Rohr 24 einen Außendurchmesser von 9 mm und eine Wanddicke von 1 mm auf, wogegen die entsprechenden Ausmaße des Rohrs 26 3 bzw. 1 mm betragen und bei den Rohren 27 und 28 2 bzw. 0,5 mm ausmachen. Die Länge der Spritzdüse 18 kann einen Meter betragen.
Die Spritzdüse 18 kann hinsichtlich der konstruktiven Ausführung modifiziert werden. Die Spritzdüse ist aus einer Zahl von Normalteilen zusammengesetzt. Demgemäß kann natürlich der Abschluß der Rohre 27 und 28 auch auf andere Weise als die hier neben dem Schlußstück 25 gezeigte gebildet werden, und es ist auch möglich, die Reinigungsnadel 30 auf andere Weise anzuordnen, als es für die Reinigungs- und Ventilfunktionen gezeigt wurde, oder aber die Reinigungsnadel ganz wegzulassen. Eine entsprechende Ausführungsform ist in Fig. 4 gezeigt.
Die Spritzdüse in Fig. 4 umfaßt wie die zuvor beschriebene Spritzdüse einen als zylindrisches Rohr ausgeführten Außenmantel 24 mit einer darin angeordneten Scheidewand, welche sich aus einem zentralen Rohr 26 und zwei auf zu diesem zentralen Rohr diametral entgegengesetzten Seiten angeordneten Rohren 27 und 28 zusammensetzt. Das Material des Mantels wie der drei Rohre kann, wie früher angegeben, kaltgezogener, säurefester Stahl sein. Das zentrale Rohr steht durch eine Querbohrung 29 in Verbindung mit den Rohren 27 und 28 und ist durch ein im Mantel 24 befestigtes Schlußstück 25 herausgezogen, um das Mündungsende der Spritzdüse außerhalb des Schlußstückes 25 zu bilden. Die Rohre 27 und 28 enden in einigem Abstand vom Schlußstück 25und sind dort an ihren Enden mittels fester Schlußstücke 33 abgeschlossen. Die beiden Räume im Mantel 24 auf beiden Seiten der von den Rohren 26, 27 und 28 gebildeten Scheidewand stehen zwischen dem Schlußstück 25 und den mittels der Schlußstücke 33 abgeschlossenen Enden der Rohre 27 und 28 auf eine Weise in Verbindung, wie sie im Zusammenhang mit der oben erläuterten Ausführung beschrieben wurde.
Das Rohr 26 weist unmittelbar vor der Bohrung 29, in der vorgesehenen Strömungsrichtung gesehen, eine durch eine äußere Rille erzielte, innere Verengung 34 vom Venturityp innerhalb des Kanals durch das Rohr 26 auf. Es ist vorgesehen, daß diese Spritzdüse mit Druckluft oder einem anderen Druckgas arbeiten soll, welches durch das Rohr 26 zugeführt wird und welches, nachdem es die Verengung 34 verlassen hat, die durch die Rohre 27 und 28 zugeführten und durch die Bohrung 29 in den Kanal des Rohres 26 eintretenden Schaumkunststoffkomponenten mitreißt und sie durch das Mündungsende der Spritzdüse abgibt. Die Druckluft trägt wirksam zur Ausdehnung des Schaumkunststoffmaterials bei, und eine Reinigung oder Schließung der Spritzdüse ist in diesem Fall nicht erforderlich. Wenn man die Spritzdüse außer Betrieb setzen will, kann man bei dieser Ausführungsform (wie in der oben beschriebenen) die Rohre 27 und 28 an eine Leitung für die Zufuhr von Waschflüssigkeit, beispielsweise Azeton, anschließen, wodurch die Spritzdüse reingeblasen wird, während das Azeton die Rohre 27 und 28 sowie den Mündungsbereich des Rohres durchströmt.
Die Druckluft sollte unter einem Druck zugeführt werden, der geringer ist als der Druck, mit dem die Schaumkunststoffkomponenten durch die Rohre 27 und 28 zugeführt werden, wodurch vermieden wird, daß die Druckluft in diese zwei Rohre eindringt. Bei einem Rohr 26, das einen inneren Durchmesser von 2,2 mm aufweist, kann der innere Durchmesser der Verengung beispielsweise 1,5 mm betragen, d. h. wenig mehr als ²/₃ des Innendurchmessers des Rohres 26. Die Rille bei der Verengung 34 bildet eine begrenzte Verbindung zwischen den Räumen im Mantel 24 auf beiden Seiten der Scheidewand; aber der Großteil des zirkulierenden Kühl- oder Wärmemittels durchströmt den Zwischenraum zwischen dem Schlußstück 25 und den Rohrenden 27 und 28.

Claims

1. Spritzdüse für die Zuführung zweier Komponenten bei der Herstellung einer Schaumkunststoffschicht (23) innerhalb eines langgestreckten Hohlraumes (22), dessen Wandung in bezug auf die Spritzdüse kontinuierlich von dieser wegbewegt wird, mit einem zentralen Spritzdüsenrohr (26), das an einem Ende offen ist, um die Mündungsöffnung der Spritzdüse (18) zu bilden, und mit zwei, auf diametral entgegengesetzten Seiten des zentralen Spritzdüsenrohres (26) angeordneten Zuführleitungen (27, 28), die mit dem zentralen Spritzdüsenrohr (26) in der Nähe dessen Mündungsbereichs (25) in Verbindung stehen, während sie am anderen Ende an Einrichtungen für die Zuführung der jeweiligen Komponenten anschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Spritzdüsenrohr (26) koaxial innerhalb eines an beiden Enden geschlossenen äußeren Mantelrohres (24) angeordnet ist und daß das zentrale Spritzdüsenrohr (26) und die beiden seitlich davon angeordneten Zuführleitungen (27, 28) gemeinsam eine sich axial durch das Mantelrohr (24) erstreckende Scheidewand (27, 26, 28) unter Schaffung zweier Räume 31, 32) auf beiden Seiten der Scheidewand bilden, die in der Nähe des offenen Endes des zentralen Spritzdüsenrohrs (26) für den Durchfluß eines Temperiermediums miteinander in Verbindung stehen.

2. Spritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zentralen Spritzdüsenrohr (26) eine Verengung (34) vor der Stelle (29) angeordnet ist, an der die beiden Zuführleitungen (27, 28) mit dem zentralen Rohr (26) in Verbindung stehen, und daß das zentrale Rohr (26) einen durchgehenden Kanal und einen äußeren Anschluß für die Zuführung von Druckgas aufweist.

3. Spritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zentralen Spritzdüsenrohr (26) eine in dessen Axialrichtung verschiebbare Stange (30) vorgesehen ist, die zwischen einer Stellung, in der sie die Verbindung zwischen den beiden Zuführleitungen (27, 28) und dem zentralen Rohr (26) blockiert und in den Mündungsbereich (25) des zentralen Rohres (26) eingeschoben ist, und einer Stellung, in der sie die Verbindung zwischen den beiden Zuführleitungen (27, 28) und dem zentralen Rohr (26) freigibt, hin- und herbewegbar ist.