DE2832901A1 - Mischvorrichtung fuer mehrkomponentenkunststoffe - Google Patents

Mischvorrichtung fuer mehrkomponentenkunststoffe

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DE2832901A1
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Karl-Heinz Dipl Che Hilterhaus
Reinhard Moeser
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Description

  • Mischvorrichtung für Mehrkomponentenkunststoffe
  • Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für Mehrkomponentenkunststpffe, insbesondere für solche, die unter Verwendung von Isocyanaten gebildet werden, bestehend im wesentlichen aus dem Mischkopf, den Dosier- und Spülmitteleinrichtungen und den Komponentenbehältern, wobei in den Zuleitungen für die Komponenten im Mischkopf unmittelbar vor der Mischkammer Drehschieber angeordnet sind, von denen aus die Komponenten durch Austragskanäle in die Mischkammer gelangen.
  • Es ist bekannt, zwei Komponenten in bestimmten, gleichbleibenden Verhältnissen zusammenzubringen und optimal zu vermischen.
  • Eine bekannte Vorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt.
  • Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Mischvorrichtung für Mehrkomponentenkunststoffe. Der Maschinenantrieb ist in der Hydraulikeinheit 1 untergebracht und betreibt den im Mischkopf 5 angeordneten Mischkopfrührer und den Hydraulikzylinder 3. Der Hydraulikzylinder bewirkt eine Bewegung der Schwenkplatte 2 und steuert damit die Dosierzylinder 4. Die an den Zu- und Ableitungen der Dosierzylinder angebrachten Ventile 6 steuern den Komponentenstrom, der während des Saughubes aus den Komponentenvorratsbehältern 7 und 8 in die Dosierzylinder angesaugt wird, gelangt bei Hubrichtungsänderung der Dosierkolben in den Mischkopf 5. Hier werden die flüssigen Komponenten mittels Steuerorgane entweder in die Mischkammer geleitet, um sie zu vermischen; oder aber in die Komponentenvorratsbehälter zurückgeführt.
  • Im letzteren Fall kommen die beiden Komponenten nicht miteinander in Berührung, es erfolgt ein Materialkreislauf (Rezirkulation), den jede Komponente in ihrem eigenen Leitungssystem durchführt. Jeweils nach Umstellung von Mischbetrieb auf Rezirkulation erfolgt die Spülung und Trocknung der Mischkammer.
  • Bei einer kürzlich vorgeschlagenen Mischvorrichtung bestehen die im Mischkopf eingebauten Steuerorgane aus Drehschiebern wie sie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich sind.
  • Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Mischkopf mit Rühreinrichtung und den Drehschiebern 11 mit ihren Hohlwellen 10, bei dem die Hohlwellen 10 der Drehschieber 11 auf Rezirkulation gestellt sind.
  • Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch den Mischkopf 5 gemäß Fig. 2 entlang der Schnittlinie A - A, jedoch mit der Abänderung, daß die Hohlwellen 10 der Drehschieber 11 so eingestellt sind, daß die Komponenten in die Mischkammer 9 gelangen.
  • Bei dieser vor dieser Anmeldung vorgeschlagenen Mischkopf-Konstruktion steuert die Hohlwelle 10 den Komponentenstrom um.
  • Dies geschieht in der Weise, daß die von der Stirnseite B der Welle in die Wellenbohrung eingebrachte Komponente durch eine Bohrung je nach Stellung der Welle in den Austragskanal oder in die Rezirkulationsleitung geleitet wird. Dieser Umsteuerungsvorgang wird durch eine 900-Drehung der Hohlwelle hervorgerufen, wobei die Bohrung des Austragskanals A jeweils zur Mischkammeröffnung oder zur Rezirkulationsleitung R gedreht wird.
  • Wie aus Fig. 2, 3 ersichtlich ist, legen die Komponenten derzeit innerhalb des Mischkopfes folgende Wege zurück; M - --Mater-ialzufluß B - Beschleunigungsstrecke D - einstellbare Düsenöffnung A - Austragskanal; nur bei Mischbetrieb (Schußbetrieb), sonst wird die Hohlwelle 10 um 900 gedreht und die Komponente rezirkuliert R - Rezirkulationsleitung Nachteilig ist bei dieser Anordnung, daß die Austragskanäle A (zwischen Mischkammer M und drehbarer Hohl welle 10) nach Beendigung des Mischbetriebes noch mit Komponente gefüllt sind und durch das bei S (siehe Fig. 3) eintretende Spülmittel ausgewaschen werden müssen, damit sie nicht für den nächsten Mischbetrieb blockiert sind. Versuche zeigen jedoch, daß es nicht möglich ist, die Austragskanäle A, die während des Spülvorganges als Sacklöcher in der Mischkammerwandung betrachtet werden können, gründlich freizuspülen. Nach jedem Mischbetrieb verbleibt ein Rest der Komponentenmischung in diesen Austragskanälen und härtet dort aus. Besonders nachteilige Folgen ergeben sich beim Einsatz von Komponenten, die mit Feststoffen hoher Dichte angereichert sind. Die Feststoffpartikel werden beim Spülvorgang durch die vom schnellrotierenden Rührer erzeugten Zentrifugalkräfte gegen die Innenwand der Mischkammer geschleudert und bilden in den Vertiefungen der Schußkanßle Ablagerungen, die nach einiger Zeit verhärten. Die Fig. 4, 5, 6 machen den zeitlichen Ablauf des Ablagerungsaufbaus sichtbar, wie er bei den Versuchen ermittelt wurde.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher die Spülung derart zu verbessern, daß die Austragskanäle nach dem Spülvorgang ebenfalls einwandfrei gereinigt sind.
  • Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß man das Spülmittel durch die Austragskanäle in die Mischkammer einbringt.
  • Gegenstand der Erfindung ist daher eine Mischvorrichtung für Mehrkomponentenkunststoffe, insbesondere für solche, die unter Verwendung von Isocyanaten gebildet werden, bestehend im wesentlichen aus dem Mischkopf, den Dosier- und Spüleinrichtungen und den Komponentenvorratsbehältern, wobei in den Zuleitungen für die Komponenten im Mischkopf unmittelbar vor der Mischkammer Drehschieber angeordnet sind, von denen aus die Komponenten durch Austragskanäle in die Mischkammer gelangen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Austragskanäle A für die Komponenten während des Spülvorganges als Austragskanäle für das Spülmittel dienen, welches durch die Drehschieber 11 in die Austragskanäle A geführt wird.
  • Durch die 1erfindungsgemäße Maßnahme ist gewährleistet, daß bei jedem Spülvorgang die Austragskanäle A von einem starken Spülmittelstrom durchflossen und gereinigt werden.
  • Erfindungsgemäß wird diese Maßnahme bei Drehschiebern mit Hohlwelle dadurch realisiert, daß man in die Außenwand 17 der Hohlwelle 10 eine Nut 14 für das Spülmittel einfräst, wodurch der Weg zum Austragskanal A für das Spülmittel freigegegeben wird.
  • Die Fig. 7 bis 10 zeigen konstruktive Einzelheiten, die notwendig sind, um das Spülmittel durch die Austragskanäle in die -Mischkammer zu leiten. Alle in diesen Zeichnungen dargestellten Details gehören mit zur erfindungswesentlichen Offenbarung des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes. Die Bedeutung der Bezugszeichen ist aus der Liste der Bezugszeichen, die sich am Ende der Beschreibung befindet, ersichtlich.
  • Fig. 7 zeigt einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäß verbesserten Drehschieber, der auf Spülmittelbetrieb eingestellt ist. Die Komponente rezirkuliert.
  • Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung die erfindungsgemäße Hohlwelle 10 mit der Nut 14.
  • Fig. 9 zeigt einen Querschnitt durch die Hohlwelle 10 gemäß Fig. 8 entlang der Schnittlinie A-B.
  • Fig.10 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung entsprechend dem in Fig. 3 dargestellten Querschnitt, bei dem die erfindungsgemäß mit Nut 14 versehene Hohlwelle 10 so eingestellt ist, daß die Komponente in die Mischkammer 9 durch den Austragskanal A gelangt.
  • Wie aus der Fig. 7 ersichtlich ist, ist es ferner erforderlich, um das Spülmittel durch den jeweiligen Austragskanal zu leiten, daß man außer den beiden Bohrungen für Austragskanal und Rezirkulationsleitung eine dritte Bohrung für den Spülmittelanschluß in der Dichtungsbuchse 22 anbringt. Weiterhin ist, wie Fig. 7 zeigt, in der Dichtungsbuchse eine weitere Bohrung 20a für Reinigungszwecke vorgesehen.
  • Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann am Mischkopfgehäuse das Spülmittelventil entfallen. Dadurch wiederum können die Zuleitungen für die Komponenten weniger gedrängt angeordnet werden. Falls gewünscht kann natürlich das Spülmittelventil nach wie vor beibehalten werden.
  • Die vor dieser Anmeldung vorgeschlagene Steuerung des Spül-und Trocknungsvorganges in der Mischkammer besteht im wesentlichen aus einem Umsteuerventil, welches zwischen Spülmittel und Spülluft umschaltet, und dem am Mischkopf angebrachten Auf/Zu-Ventil, welches die zeitliche Dauer des Reinigungsvorganges der Mischkammer bestimmt. Die Steuerung läuft in der Weise ab, daß bei Schußende zunächst das Umschaltventil von Luft auf Spülmittel schaltet und Spülmittel durch das geöffnete Ventil im Mischkopf in die Mischkammer strömt. Nach der vorgewählten Zeit erfolgt die Umsteuerung von Spülmittel auf Spülluft, die solange in die Mischkammer einströmt, wie das Auf/Zu-Nadelventil geöffnet bleibt.
  • Die Steuerung ist also so eingerichtet, daß beim Umschalten von Spülmittel- auf Luftdurchgang das in der Leitung zum Nadelventil verbleibende Spülmittel (ca. 0,5 m Leitungsstreckt) durch die nachströmende Luft ausgeblasen wird und als zusätzliche Spülflüssigkeit dient.
  • Bei der erfindungsgemäßen Neukonstruktion der Spülmittelzuführung wird das früher notwendige, am Mischkopf befestigte Auf/Zu-Nadelventil eingespart. Dies wird dadurch verwirklicht, daß anstelle des vorhandenen Umsteuerventils eines mit 3 Schaltstellungen eingesetzt wird, das je nach Ansteuerung die Stellungen "Spülmittel ein", "0" und "Luft ein" frei gibt. Die zusätzlich eingeführte Stellung "0", bei der das Ventil jeglichen Durchfluß sperrt, wird deshalb notwendig, weil der Fließweg für das Spülmittel innerhalb des Mischkopfes (Hohlwellennut) während des gesamten Rezirkulationsbetriebs geöffnet ist und die bisherige Absperrung durch das früher eingesetzte Nadelventil entfällt.
  • Gemäß der Erfindung läuft der Spülvorgang nunmehr wie folgt ab: (a) Ende des Mischbetriebs (b) Umschaltung des Mischkopfes von Mischbetrieb auf Rezirkulation, Mischkopf gibt Fließwege für Spülmittel und Luft frei.
  • (c) Umschaltventil schaltet nach der eingestellten Zeit von "0" auf Spülmitteldurchgang, Spülmittel strömt für die vorgewählte Zeitspanne in den Mischkopf.
  • (d) Umschaltventil schaltet auf Stellung "Luft ein" um und die in die Spülleitung einströmende Luft drückt das verbleibende Spülmittel aus der Leitung und verdampft den darin verbliebenen Spülmittelrest.
  • (e) Umschaltventil schaltet nach der vorgewählten Zeit auf "0".
  • (f) Spülvorgang Ende.
  • Da mit der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung insbesondere hochgefüllte Komponentensysteme verarbeitet werden sollen, muß die Mischvorrichtung zusätzlich einige weitere sehr wichtige Forderungen erfüllen, die nachstehend näher erläutert werden.
  • Für die Herstellung eines in bezug auf homogene Schaumstruktur und Lunkerfreiheit einwandfreien Fertigschaumteils ist es Voraussetzung, eine qualitative gute Rohschaummischung herzustellen. Es ist wichtig, daß die Mischvorrichtung über eine Dosiereinrichtung verfügt, die über die gesamte Mischzeit einen gleichmäßigen Komponentenstrom erzeugt und deren Mischvolumina reproduzierbar sind.
  • Durch den hohen Feststoffanteil in dem Komponentensystem werden alle Ventile, die nach dem Flächenandruckprinzip arbeiden, wie z.B. Nadelventile, Kugel-Rückschlagventile usw., in ihrer Dichtwirkung stark beeinträchtigt, wenn sich Feststoffe am Ventilsitz absetzen. Dadurch werden beim Schäumbetrieb Fehldosierungen verursacht. Es kann also bei ungeeigneten Absperrorganen vorkommen, daß die Komponenten nicht im kontinuierlichen Strom in die Mischkammer gelangen und deshalb keinen einheitlichen Schaum ergeben.
  • Die Mischvorrichtun 9 muß. ferner über ein leistungsfähiges Mischorgan verfügen, da an die Mischeinrichtung höhere Anforderungen gestellt werden als bei der Verschäumung herkömmlicher PUR-Schaumkomponenten. Die hochgefüllten Komponenten, die zum Teil sehr unterschiedliche Viskositäten aufweisen, müssen in kurzer Zeit intensiv vermischt werden, wobei die Feststoffpartikel fein verteilt in der Mischung vorliegen sollen. Schwierigkeiten treten hier auf bei der Wahl der Rührerwerkstoffe wegen der teilweise abrasiven Feststoffe, der Ablagerungsneigung zwischen den Rührerblättern und der Entmischung. Durch den Einfluß der auftretenden Zentrifugalkräfte auf die spezifisch schweren Feststoffteilchen werden diese gegen die Mischkammerinnenwand gedrückt und dort in der Schaummischung angereichert, so daß unhomogenes Material aus der Mischkammer austritt.
  • Ähnliches wie marktübliche PUR-Schaumsysteme sind für die Materialbevorratung Behälter notwendig, die gasdicht verschließbar sein müssen. Dies ist erforderlich, um auszuschließen, daß durch eindringende Luftfeuchtigkeit unerwünschte Reaktionen bei den Komponenten eintreten. Ferner ist eine gasdichte Aufbewahrung bei treibmittelhaltigen Komponenten wichtig, die bei offener Lagerung ihren Treibmittelanteil durch Verdampfung verändern würden.
  • Feststoffhaltige Komponenten erfordern zusätzlich Rühreinrichtungen in den Materialbehältern, da sonst in vielen Fällen mit einer Ablagerung der Feststoffe am Behälterboden zu rechnen ist. Die Rührer müssen so ausgelegt sein, daß sie in der Lage sind, die gesamte Materialmenge in Bewegung zu halten. Dies bedeutet, daß sie in der Lage sein müssen, sowohl Feststoffteilchen mit höherem spezifischen Gewicht am Absetzen, als auch spezifisch leichtere Flüssigkeitsanteile am Ausschwimmen zu hindern.
  • Das gleiche gilt auch für das Rohrieitungssystem der Mischvorrichtung,d.h. neben der Forderung nach Gasdichtheit muß auch eine Möglichkeit gegeben sein, die Komponenten innerhalb der Leitungen in Bewegung zu halten. Hierbei ist zu beachten, daß im Bereich der Querschnittsveränderungen und Krümmungen in den Rohrleitungen keine Toträume vorhanden sind, in denen die Komponenten zur Ruhe kommen, damit den Feststoffen keine Gelegenheit gegeben wird, sich innerhalb der Rohrleitungen abzusetzen und zu verhärten. Beim Betrieb der Maschine brechen diese Verhärtungen von Zeit zu Zeit aus und führen dann zu Betriebsstörungen.
  • Um lange Wartungsintervalle für die Mischvorrichtung zu erreichen, ist es unerläßlich, einen robusten und zuverlässigen Dichtungstyp einzusetzen. Die verwendeten Komponenten haben die Eingenschaft, eine Vielzahl der gebräuchlichen Dichtungsmaterialien chemisch anzugreifen oder durch Schleifwirkung der Feststoffe zu zerstören.
  • Zum besseren Verständnis wird an dieser Stelle ferner auf Mängel hingewiesen, die bei der Verschäumung hochgefüllter Komponenten mittels einer serienmäßig hergestellten, mit dem erfindungsgemäßen Drehschiebermischkopf ausgerüsteten Mischvorrichtung auftreten, um die Grundprobleme bei der maschinentechnischen Behandlung der hochgefüllten Schaumsysteme zu verdeutlichen.
  • (a) Im Versuchsschäumbetrieb ist es oft erforderlich, aus den Komponentenbehältern Proben von den darin befindlichen Komponenten zu entnehmen. Hierzu ist es nötig, den Druck vom Komponentenbehälter abzulassen und den Deckel abzunehmen. Dieser Vorgang ist sehr zeitaufwendig. Außerdem werden die Komponenten der Atmosphäre ausgesetzt, wodurch die Qualität der Komponenten negativ beeinflußt werden kann.
  • (b) Die bekannte Ausstattung der Mischvorrichtung sieht Kegelrückschagventile an den Dosierzylindern vor. Diese Ventile werden durch feststoffgefüllte Komponenten blockiert und schließen nicht zuverlässig.
  • l (c) Die Leistung der Rührer in den Komponentenbehältern erwies sich als nicht ausreichend, so daß Phasentrennung des Komponentenvorrats auftrat.
  • (d) Es zeigte sich, daß sich der Mischkammerrührer bei Leerlauf stark erwärmt und dadurch ungünstigen Einfluß auf die zu Schußbeginn in. die Mischkammer einströmenden Komponenten ausübt.
  • (e) Es ist erforderlich, die Komponenten während der Betriebspausen in den Leitungen zu bewegen. Dies ist durch Rezirkulation in Intervallen möglich.
  • Nachteilig erwies sich jedoch, daß in den Phasen zwischen den Rezirkulationen. (ca. 10 - 60 min) der Maschinenantrieb nicht automatisch abschaltbar ist und dadurch auch in den Rezirkulationspausen ein starkes Geräusch verursacht.
  • (f) Die Kolbendosierung erzeugte in einigen Fällen keinen kontinuierlichen Materialstrom, so daß Vor- und Nachlauf der Komponenten auftrat.
  • (g) Zur besseren Beurteilung der Vorgänge beim Schäumbetrieb wurden in die Materialleiçungen Druckanzeigen eingebaut. Diese Manometer haben einen großen Totraum, in dem sich Ablagerungen der Komponenten bilden, die die Druckanzeige verfälschen.
  • (h) Undichtigkeiten an Dosierkolben, Ventilen und Kugelhähnen führen zu Betriebsunterbrechungen.
  • (i) Im Rohrleitungssystem bilden sich bei Komponenten mit Feststoffen mitunter Verstopfungen, die besonders vor Engpässen in den Materialleitungen auftreten.
  • (j) In Toträumen und strömungsschwachen Zonen der Komponentenfliéßwege bilden sich verhärtete Komponentenablagerungen, die nach Ablösung von der Innenwand Verstopfungen im Mischkopf verursachen.
  • (k) Der Pneumatikzylinder am neuen Mischkopf, der die Umsteuerung der Komponentenventile von Rezirkulation auf Schußbetrieb vornimmt, ist zu schwach.
  • Die Umschaltung dauert deshalb zu lange.
  • Um die vorstehend beschriebenen, bei den bekannten Mischvorrichtungen auftretenden, technischen Mängel zu vermeiden, werden gemäß der vorliegenden Erfindung folgende Änderungen durchgeführt: Einbau von Dreiwegehähnen in die Rezirkulationsleitung Die bekannte Mischvorrichtung sieht einen in sich geschlossenen Materialkreislauf während des Rezirkulationsbetriebs vor: Vorratsbehälter - Dosierzylinder - Mischkopf -Rezirkulationsleitung - Vorratsbehälter.
  • Es ist also keine Möglichkeit gegeben, von außen in dieses System einzugreifen, ohne den Komponentenbehälter zu öffnen.
  • Im Laufe. des Versuchsschäumbetriebes ergab sich jedoch oft die Notwendigkeit, im Rohr befindliche Komponenten optisch zu beurteilen oder Analysenproben zu entnehmen. Dazu bot sich als einzige Möglichkeit das Öffnen des Komponentenbehälters an, da andere Alternativen entweder noch zeitaufwendiger (z.B. Einbau des Auslitereinsatzes in die Mischkammer) oder aufgrund der Komponenteneigenschaften nicht durchführbar sind. Probenentnahme aus den an den Dosierzylinder angebrachten Entlüftungshähnen ist nicht möglich, da diese wegen der Komponentenfeststoffe sehr leicht verstopfen.
  • Die Probeentnahme aus dem Komponentenbehälter erwies sich vor allem deshalb als ungünstig, weil hierbei der Behälterdruck abgelassen werden muß, wodurch treibmittelhaltige Komponenten aufschäumen können und Treibmittel entweicht.
  • Außerdem ist bei Kontakt der Komponenten mit der Luftfeuchn tigkeit der Raumatmosphäre mit unerwünschten chemischen Reaktionen zu rechnen. Weiterhin ist beim öffnen des Behält terdeckels eine Beschädigung der Behälterdichtung nicht auzuschließen.
  • Es wurden deshalb gemäß der vorliegenden Erfindung in die Rezirkulationsleitungen unmittelbar vor dem Behältereingang Dreiwegehähne eingebaut. Diese Armaturen wurden derart installiert, daß es möglich ist, Komponenten sowohl aus der Rezirkulationsleitung als auch aus dem Vorratsbehälter zu entnehmen. Dies kann in jeder Betriebssituation der Maschine geschehen, also auch beim Mischbetrieb, ohne eine Unterbrechnung zu verursachen. Die inneren Fließwege werden bei der Entnahme nicht der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt, da Behälter und Leitungen unter Druck gehalten werden.
  • Austausch der Rückschlagventile an den Dosierzylindern Ansaug- und Druckleitung an den Dosierzylindern werden bei der bekannten Mischvorrichtung von federbelasteten Rückschlagventilen geöffnet bzw. verschlossen und durch die Druckverhältnisse in den Komponentenleitungen gesteuert.
  • Konstruktiv sind diese Ventile so ausgeführt, daß in eine konische Bohrung mit Hilfe einer Feder ein Dichtkegel eingepreßt wird. Die Dichtwirkung entsteht also im Prinzip durch das Aufeinanderpressen zweier Metallflächen. Dies setzt voraus, daß Konus und Dichtkegel exakt gearbeitet sein müssen, um eine einwandfreie Abdichtung der angeschlossenen Leitung zu erhalten.
  • Bedingt durch die unelastische Dichtfläche, die nicht in der Lage ist, auf dem Ventilsetz befindliche Fremdkörper durch Verformung zu kompensieren, arbeiten die Ventile bei Verwendung von mit Feststoffen gefüllten Komponenten nicht zuverlässig. Durch zwischen die Dichtflächen eingeklemmte Partikel kommt es immer wieder zu Spaltbildungen, die dazu führen, daß der Komponentenstrom im Rohrleitungssystem nicht exakt geleitet wird. Als Folge treten Fehldosierungen auf, d.h. statt zum Mischkopf wird die Komponente beim Druckhub über die Saugleitung zurück in den Vorratsbehälter geleitet.
  • Aus diesem Grunde wurden gemäß der vorliegenden Erfindung die eingebauten Rückschlagventile an den Dosierzylindern durch fremdgesteuerte (preßluftbetätigte) Kugelhähne ersetzt. Diese Armaturen arbeiten einwandfrei. Die Dichtwirkung wird dadurch hergestellt, daß zwei Flächen scherend übereinander geschoben werden, wodurch Fremdkörperpartikel nicht eingeklemmt werden können. In der praktischen Anwendung haben sich diese Ventile ausgezeichnet bewährt. Nach 12-monatigem Einsatz konnten keinerlei Defekte festgestellt werden.
  • Zur automatischen Betätigung der Kugelhähne werden pneumatische Stellantriebe eingesetzt, die die Auf/Zu-Funktion regeln. Die Ansteuerung erfolgt elektrisch, wobei es jedoch erforderlich wurde, die automatische Ablaufsteuerung des Mischbetriebes zu ändern.
  • Es wurden deshalb gemäß der vorliegenden Erfindung zwei zusätzliche Zeitrelais in die Steuerung eingebaut, die dafür sorgen, daß vor Beginn eines Druck- bzw. Saughubes zunächst die Kugelhähne betätigt werden. Nähere Angaben hierüber werden nachfolgend unter dem Abschnitt "Änderung der Komponentenventilsteuerung zur Vermeidung von Vor- und Nachlauf" gemacht.
  • Einbau zusätzlicher Rührflügel an die Rührer der Komponentenvorratsbehälter Zur Vermeidung von Entmischungen und Absetzerscheinungen der Komponenten sind die Vorratsbehälter mit Rührwerken ausgerüstet. Der Antrieb dieser Rührer ist auf den Behälterdeckeln angebracht, wobei die Rührerwelle durch die Deckelplatte geführt ist undca. 5 cm über dem Behälterboden endet. Als Rührelemente sind am Ende der Rührwelle zwei rechteckige Bleche von ca. 15 x 8 cm gegenüberliegend angebracht. Die Bleche sind plan und verlaufen in Flucht mit der Rührerwelle.
  • Die Drehzahl der Welle beträgt ca. 80 U/min. Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß die Rührwerke nicht in der Lage sind, den gesamten Behälterinhalt in Bewegung zu halten. Bei Versuchsschäumungen, die es erfordern, daß Schaumkomponente über mehrere Tage hinweg in den Behältern verbleibt, wurden Entmischungen beobachtet, die erhebliche Qualitätsschwankungen bei den gefertigten Schaumteilen verursachten.
  • Deshalb wurde erfindungsgemäß zunächst versucht, durch S-förmiges Biegen der Rührerbleche einen Vertikalstrom in-der Komponente zu erzeugen, der bei gefülltem Behälter auch obere Flüssigkeitsregionen durchmischt. Diese änderung erbrachte zwar sichtbare Resultate, konnte aber nicht als ausreichend bezeichnet werden.
  • Aus diesem Grund wurden gemäß der vorliegenden Erfindung zur sätzliche Rührelemente in gleicher Ausführung angefertigt und im oberen Behälterdrittel auf der Rührerwelle befestigt, d.h. ein Rührerblattpaar dient der Durchmischung der Bodenregion, während das andere ein Ausschwimmen von leichten Komponentenbestandteilen an der Oberfläche verhindern soll.-Als Resultat dieser Änderung am Rührwerk kann festgestellt werden, daß die jetzige Ausführung des Rührers den gestellten Aufgaben gerecht wird. Absetzungen von Feststoffen sowienach der Dichte der Komponente gestaffelte Schichtenbildung ist nicht mehr feststellbar.
  • Ferner ist erfindungsgemäß die Einstellung der Rührerdrehzahl variabel, um den Rührvorgang dem jeweiligen Material entsprechend anzupassen.
  • Rührervorl-auf in- der Mischkammer Die Steuerung'der bekannten Mischrvorrichtung sieht vor, daß der Mischkammerrührer, der die in die Mischkammer eingebrachten Komponenten gut durchmischen soll, schon in Rotation versetzt wird, bevor Komponenten in die Mischkammer eingegeben werden. Der Rührer wird also eine kurze Zeitspanne vor Mischbeginn im Leerlauf gefahren. Durch die an anderer Stelle beschriebenen Maßnahmen (Verzögerungsschaltung, Einbau der pneumatischen Kugelhähne) wird die Rührervorlaufzeit noch zusätzlich verlängert.
  • Da bei den auftretenden Rührerdrehzahlen von ca. 4000 U/min.
  • schon wenige Unreinheiten in der Mischkammer genügen, um den geringen Spalt zwischen Rührer und Mischkammerinnenwand zu überbrücken und Reibungswärme zu erzeugen, erwärmt sich der Rührer im Leerlauf sehr stark. Dies hat im Mischbetrieb besonders bei der Verarbeitung von treibmittelhaltigen Komponenten große Nachteile, denn zu Beginn des Mischvorganges kommen die Komponenten gerade zu der Zeit mit dem Rührer in Kontakt, wenn dieser seine Maximaltemperatur erreicht hat.
  • 0 Hierdurch wird das Treibmittel (Siedepunkt 23 C) der bei Schußbeginn einströmenden Komponenten schlagartig verdampft und im Schaumgemisch bilden sich deutlich sichtbare Gasblasen, die in ungünstigen Fällen im Fertigschaumteil erhalten bleiben.
  • Um dieses auszuschließen wurde erfindungsgemäß die elektrische Steuerung des Rührers so geändert, daß dieser erst möglichst kurz vor dem Eingeben der Komponenten in die Mischkammer gestartet wird.
  • Automatische Motorabschaltung bei Rezirkulationsbetrieb Bei mehrstündigen Unterbrechungen des Schäumbetriebes ist es erforderlich, die Mischvorrichtung im Rezirkulationsbetrieb arbeiten zu lassen, weil sich sonst bei der Verarbeitung von Komponenten mit Feststoffanteilen während längerer Stillstandszeiten sowohl im Rohrleitungssystem als auch im Dosierzylinder an den Wandungen Feststoffe festsetzen, die zu Betriebsstörungen führen. Um dies zu vermeiden, ist in Intervallen von 10 bis 60 min. ein Kolbenhub auszuführen.
  • Nachteilig ist hierbei, daß der Antriebsmotor für das Hydraulikaggregat nicht nur während des Rezirkulationshubes, sondern auch während der Pause zwischen 2 Rezirkulationshüben eingeschaltet ist, obwohl er nur für den Zeitraum des Kolbenhubes benötigt wird. Abgesehen von dem unnötigen Verschleiß in der Hydraulikeinheit verursacht dieses in den Rezirkulationspausen auch unnötiges Geräusch.
  • Die elektrische Steuerung der Mischvorrichtung wurde deshalb gemäß der Erfindung so geändert, daß in den Pausen zwischen zwei Rezirkulationshüben eine automatische Abschaltung des Maschinenantriebs erfolgt, der Antriebsmotor also nur während des Betreibens der intervallmäßigen Saug- und Druckhübe eingeschaltet ist. Der erfindungsgemäße Funktionsablauf mit der geänderten elektrischen Schaltung ist jetzt folgender: Je nach Art der zu verarbeitenden Komponenten wird an einer Schaltuhr ein Rezirkulationsintervall vorgewählt, der bei der eingebauten Schaltuhr zwischen 0,5 Sekunden und 15 Stunden liegen kann. In der Praxis liegt diese Zeit bei ca. 20 Minuten, d.h. in 20-minütigem Zyklus wird jeweils ein Druck-und ein Saughub der Dosierkolben ausgeführt. Nachdem der Rezirkulationsintervall eingestellt ist, wird der Rezirkulationsvorgang, wie in der Betriebsanweisung beschrieben, gestartet und zusätzlich die automatische Motorabschaltung eingeschaltet. Der Antrieb schaltet nun nach jedem Rezirkulationshub für die eingestellte Zeitdauer ab und startet erst wieder nach Ablauf der eingestellten Intervallzeit zur Ausführung des nächsten Zyklus. Eine Zusatzschaltung verhindert, daß bei Druckluftausfall der Motor wieder gestartet wird.
  • Dies ist notwendig, weil bei Druckluftmangel die bisher in der Anlage eingebaute Motorabschaltung nun nicht mehr anspricht.
  • Änderung der Komponentensteuerung zur Vermeidung von Vor-und Nachlauf Die bekannte Mischvorrichtung ist elektrisch so geschaltet, daß im Mischbetrieb beim Mischen "Start" oder "Stop" gleichzeitig Kolbenhub, Saugventil, Druckventil und Mischkopfventil betätigt werden. Dies bewirkt, daß im gleichen Augenblick, in dem der Druckhub des Dosierkolbens beginnt und bevor dieser eine gleichmäßige Geschwindigkeit erreicht hat, Komponente in die Mischkammer gelangt.
  • Beim Einsatz von Komponenten mit unterschiedlicher Viskosität kommt es deshalb in den Zuführungsleitungen zu einem unterschliedlichen Strömungs- und Druckaufbau, d.h. die dünnflüssigere Komponente wird früher in die Mischkammer einlaufen als die dickflüssigere, da zum gleichmengigen Transport der höher viskosen Komponente ein höherer Druck erforderlich ist, der aber aufgrund maschinentechnischer Toleranzen (z.B. Lagerung und Position der Kolbenstange in der Schwenkplatte, Ausdehnung der Hochdruckschäuche usw.) nicht in der erforderlich kurzen Zeit aufgebaut werden kann. Hinzu kommt noch, daß durch evtl. eingeschlossene Luft- oder Gasbläschen in der Komponente der Druckaufbau noch mehr verzögert wird. Es wird deshalb nur in den seltensten Fällen möglich sein, mit der serienmäßig eingebauten Steuerung ein einwandfreies, vorlauffreies Schaumteil zu erhalten.
  • Aber auch bei nicht sichtbarem Vorlauf ist mit großer Wahrscheinlichkeit damit zu rechnen, daß zu Mischbeginn vermischte Komponenten, die aus der Mischkammer austreten, ein anderes Mischungsverhältnis aufweisen, als das auf das gewünschte Verhältnis eingestellte, später austretende Gemisch.
  • Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde die Steuerung des Komponenteneintritts in die Mischkammer geändert. Hierbei wurde als Konzept das Arbeitsprinzip einer kontinuierlich arbeitenden Mischvorrichtung zugrunde gelegt. Bei diesem Prinzip wird während des gesamten Betriebs durch Förderpumpen ein gleichmäßiger Komponentenstrom im Rohrleitungssystem der Mischvorrichtung aufrechterhalten, der wahlweise bei Mischbetrieb in das Mischorgan geleitet wird oder während der Mischpausen durch Rezirkulationsleitungen zurück in die Vorratsbehälter strömt. Es ist hierbei zu erwarten, daß bei diesem Arbeitsprinzip über die gesamte Schußdauer ein gleiches Mischungsverhältnis der Komponenten eingehalten werden kann.
  • Um diese Betriebsweise auf der bekannten Mischvorrichtung nachzuahmen, wird gemäß der Erfindung das bei Beginn des Druckhubes durch die Dosierkolben geförderte Material nicht in die Mischkammer geleitet, sondern zunächst in die Rezirkulationsleitung gedrückt. Erst nachdem ein kontinuierlicher Materialstrom aufgebaut ist, wird der Drehschieber im Mischkopf von Rezirkulationsstellung in Mischstellung geschaltet.
  • Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die elektrischen Steuerimpulse Dosierkolben Start" und "Mischbeginn" durch ein Zeitrelais verzögert werden. Zusätzlich wurde diese Verzögerung noch variabel gestaltet. (zwischen 0 und 10 s), so daß eine Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen möglich ist.
  • Änderung der Druckanzeige in den Komponentenleitungen Zur Messung des Komponentendruckes in den Komponentenleitungen sind in den Komponentenzuleitungen üblicherweise zwei Membranmonometer eingebaut, die jeweils mittels eines T-Stückes an die komponenten führenden Rohrleitungen angeschlossen sind. Hierdurch bilden sich sowohl in der Abzweigung des T-Stückes als auch im Abschlußstutzen des Manometers Toträume, in denen keine Strömung stattfindet. Es kommt deshalb in diesen Räumen zu Feststoffabsetzungen und Verhärtung von Komponenten, die die Druckanzeige ungenau oder sogar unbrauchbar machen.
  • Um diese Fehlerquelle auszuschalten, wurde gemäß der Erfindung der Einbau einer elektronischen Druckmessung mit Anzeige und Registrierung anstelle der vorhandenen Manometer durchgeführt, die auch noch weitere Vorteile und Möglichkeiten bietet. Der Einbau elektronischer Druckaufnehmer ermöglicht es somit diesen ohne Totraum in die Komponentenleitung einzubauen. Die Stirnfläche des Meßfühlers wird bis zur Rohrinnenwand geführt, so daß sich an der Meßstelle keine Feststoffe absetzen können, die das Ergebnis verfälschen.
  • Materialabnutzung an Kolbenabdichtungen und Ventilen Die bisherigen Erfahrungen bei der Verarbeitung feststoffgefüllter Komponentensysteme haben gezeigt, daß verschiedene Maschinenelemente, die mit den Komponenten in Kontakt kommen, einem z.Teil sehr starken Verschleiß unterliegen. Insbesondere handelt es sich dabei um Kolbenabdichtungen und Ventile.
  • Dosierkolbenabdichtungen Der Kolben trägt auf der Stirnfläche eine Dichtmanschette mit eingelassener Nut zur Aufnahme eines X-Ringes. Die Manschette ist konisch ausgebildet, d.h., der der Kolbenstinfläche abgewandte Außendurchmesser ist ca. 1 mm größer als der Zylinderinnendurchmesser. Dies bedeutet, daß während des Mischbetriebes nur 0,5 mm von der Manschette durch Abrieb abgetragen werden müssen, um den Kontakt zur Zylinderwand zu unterbrechen und Komponente austreten zu lassen.
  • Schon nach relativ kurzer Zeit erreichen die Leckverluste dann einen Wert, der den weiteren Schäumbetrieb unwirtschaftlich macht. Für diese Erscheinung ist die Ursache in einem progressiven Materialabrieb an der Manschette zu sehen.
  • Erfindungsgemäß wählt man eine andere Dosierzylinderkonstruktion und verwendet eine billige Dichtung. Diese Dichtung ist als Massenprodukt gefertigt und als Verschleißteil eingeplant. Der Dosierzylinder hat einen Schnellverschlußdeckel erhalten und der Kolben wird in eine besondere "Service"-Stellung gefahren, die einen schnellen und sauberen Dichtungswechsel ermöglicht.
  • Eine erfindungsgemäße Alternative besteht darin, die Dichtmanschette so auszulegen, daß bei etwa gleichen Andruckkräften zur Zylinderwandung große Materialreserven zur Verfügung stehen, die durch Verschleiß abgetragen werden können, wobei die Dichtung als eine selbsttätig nachstellbare Dichtung ausgebildet ist.
  • Ventile und Kugelhähne Zur Steuerung des Komponentenstroms der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung sind vier pneumatisch betätigte Kugelhähne, zwei manuell zu bedienende Dreiweghähne und im Mischkopf zwei durch Luftdruck betätigte Drehschieberkolben innerhalb der Rohrsysteme eingebaut.
  • Während an den beiden manuell betätigten Dreiwegehähnen keinerlei Verschleißerscheinungen festgestellt werden konnten, wobei dieses auf die wenig erforderliche Betätigung dieser Armaturen zurückzuführen ist, wurden bei den anderen Absperrorganen öfters Undichtigkeiten beobachtet.
  • Die Demontage der an den Dosierzylindern angebrachten Kugelhähne ergab, daß lediglich die Stopfbuchsenpackungen Ermüdungserscheinungen zeigen, während die Lagerung des Hahnes sowie die Lagerschale der Kugel kaum angegriffen ist. Es kann also davon ausgegangen werden, daß es genügt, die Pakkungsdichtung in größeren Zeitabständen (ca. 1-2 Monate) nachzustellen, um die Betriebstüchtigkeit dieser Absperrorgane zu erhalten. Der Einsatz einer PTFE-Packung ergab noch günstigere Wartungsintervalle.
  • Die Abdichtung der Drehschieberkolben im Mischkopf ist als Kunststoff-Dichthülse ausgebildet, die die drehbare Hohlwelle umschließt und so für eine Dichtwirkung sorgt. Die Hülse ist nachstellbar und so dimensioniert, daß ausreichende Materialreserven zur Verfügung stehen. Zu bemängeln ist jedoch, daß die Nachstellung dieser Dichtung nicht ohne Demontage anderer Maschinenelementemöglich ist.
  • Gemäß der Erfindung ermöglicht die aus Fig. 11 ersichtliche Gestaltung der Spannschraube 23 ein Nachstellen der Dichtungsbuchse 24 ohne Montageaufwand. Der Nachstellvorgang würde also auf drei Handhabungen reduziert: Lösen der Arretierungsschraube 25, Nachstellen der Spannschraube 23 und Anziehen der Arretierung.
  • Strömungstechnische Änderung der Komponentenleitungen im Mischkopf Kombinationen von Bestandteilen einer Komponente, die aus niederviskosen Flüssigkeitsanteil und Feststoffpartikeln hoher Dichte bestehen, ergeben Schwierigkeiten, wenn im Bereich der Komponenten leitungen Änderungen der Fließgeschwindigkeit auftreten, wobei besonders die Beschleunigungsbewegung erwähnt werden muß. Bedingt durch die relativ großen Dichteunterschiede der festen und flüssigen Bestandteile der Komponenten und der dadurch bedingten geringen wirksamwerdenden gegenseitigen Reibungskräfte zwischen fest und flüssig kommt es bei einer Strömungsgeschwindigkeitsänderung zu Entmischungen. Dies erklärt sich daraus, daß flüssige Bestandteile infolge des allseitig einwirkenden hydrostatischen Druckes leichter ihre Strömungsgeschwindigkeit ändern können als feste Partikel, die ihre Beschleunigungsenergie aus den auftretenden Reibungskräften zwischen flüssigem und festem Anteil der Komponente beziehen müssen.
  • In der Praxis zeigte sich diese Erscheinung derart, daß in Verengungen der Komponentenleitungen, d.h. in Abschnitten, in denen die Komponente ihre Strömungsgeschwindigkeit erhöht, also beschleunigt wird, Verstopfungen auftreten.
  • Zur Vermeidung des genannten Mangels wird deshalb gemäß der Erfindung im Mischkopf die Querschnittsverengung vom Schlauchdurchmesser auf den Düsenkanaldurchmesser strömungsgünstiger gestaltet.
  • Wie aus den beigefügten Diagrammen (vergl. Fig. 12 A, B und C) zu ersehen ist, bildet sich die Entmischung der Komponente in Punkt a (Diagramm A). Durch die hier plötzlich auftretende Geschwindigkeitsänderung tritt an dieser Stelle eine Anreicherung der Komponente mit Feststoffpartikeln auf, die bei ungünstigen Bedingungen zur Verstopfung führt.
  • An dieser kritischen Stelle ist daher der Querschnittsübergang gemäß der Erfindung nach Diagramm C ausgebildet, der ein besseres Fließverhalten der Komponente ermöglicht. Dies wird zum einen durch die verlängerte Beschleunigungsstrecke und zum anderen durch die Ein- und Auslaufradien erreicht, die eine plötzliche Änderung der Strömungsgeschwindigkeit verhindern.
  • Vermeidung strömungsloser Zonen im Rohrleitungssystem Wie schon bereits erwähnt, reagieren die mit Füllstoffen versehenen Komponenten sehr empfindlich, wenn sie längere Zeit nicht in Bewegung sind. Es kommt zum Absetzen der eindispergierten Feststoffe und zu Entmischungen des Flüssigkeitsanteils der Komponente. Hierdurch treten Betriebsstörungen im Maschinensystem auf, die durch Leitungsverstopfungen verursacht werden. Zur Vermeidung derartiger Effekte empfiehlt es sich, gemäß der Erfindung das gesamte Rohrleitungssystem einschließlich der Dosierzylinder möglichst strömungsgünstig zu gestalten, d.h. keine Querschnittsveränderungen einzuplanen und Bogen möglichst zu vermeiden.
  • Außerdem wurden die Dosierzylinder gemäß der Erfindung so konzipiert, daß sie im Rezirkulationsbetrieb vollständig durchgespült werden. Erreicht wurde dies durch Fortlassen des bislang üblichen Entiüftungskanals und dadurch, daß man die Einbuchtung der Dichtungsstirnseite durch eine Planscheibe ersetzte.
  • Durch geeignete konstruktive Maßnahmen wurde ferner gemäß l der Erfindung erreicht, daß der Dosierzylinder bei jedem Hub vollständig entleert wird. Dies geschah in der Weise, daß der Materialzylinder nicht, wie bisher, bei jedem Saughub vollständig mit Komponente gefüllt wird, sondern durch Hubverstellung nur noch mit einer dem eingestellten Mischungsverhältnis entsprechende Menge, die beim Mischbetrieb vollständig in die Komponentenleitung gedrückt wird.
  • Pneumatik zylinder für die Umsteuerung der Komponenten-Drehs chieberkolben Der Pneumatikzylinder am erfindungsgemäßen Mischkopf dient dazu, den Drehschieberkolben des Mischkopfes in die für die jeweilige Betriebsart erforderliche Stellung zu drehen.
  • Der Zylinder betätigt das Hebelgestänge, das den Zylinderhub in eine 900-Drehbewegung umsetzt und diese auf die beiden Drehschieberkolben überträgt.
  • Es zeigte sich, daß die vorhandene Zylinderkraft nicht ausreicht, um den Drehschieberkolben in der erforderlich kurzen Zeit zu bewegen.
  • Zur Behebung dieses Mangels wird gemäß der Erfindung entweder ein Luftzylinder mit größerer Leistung eingebaut oder Schmiernippel angebracht. Durch diese Schmiernippel wird die Hohlwellenlagerung mit Schmierstoff versorgt und so die zur Betätigung der Umsteuerung notwendige Kraft reduziert.
  • Die durch den Anspruch 1 und die vorstehenden Ausführungen vermittelte Lehre gilt selbstverständlich nicht nur für alle für die erfindungsgemäßen Zwecke geeigneten Drehschieber und dementsprechende Mehrweghähne, z.B. Dreiweghähne, sondern grundsätzlich auch für alle anderen Steuerorgane, die anstelle der für die erfindungemäßgen Zwecke geeigneten Drehschieber eingesetzt werden können, soweit diese eine dem Austragskanal A entsprechende Bohrung zur Mischkammer aufweisen.
  • Als erfindungswesentlich wird ferner grundsätzlich die Tatsache angesehen, daß man das Spülmittel durch den Komponenteneingang in die Mischkammer einbringt, und zwar unabhängig davon, ob ein Austragskanal A für die Komponenten vorliegt oder nicht.

Claims (2)

  1. Patentansprüche Mischvorrichtung für Mehrkomponentenkunststoffe, insbesondere für solche, die unter Verwendung von Isocyanaten gebildet werden, bestehend im wesentlichen aus dem Mischkopf, den Dosier- und Spüleinrichtungen und den Komponentenvorratsbehältern, wobei in den Zuleitungen für die Komponenten im Mischkopf unmittelbar vor der Mischkammer Drehschieber angeordnet sind, von denen aus die Komponenten durch Austragskanäle in die Mischkammer gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragskanäle (A) für die Komponenten während des Spülvorganges als Austragskanäle für das Spülmittel dienen, welches durch die Drehschieber (11) in die Austragskanäle (A) geführt wird.
  2. 2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehschieber (11) mit einer Hohlwelle (10) ausgerüstet sind, die außer der Eintrittsöffnung (12) und der Austrittsöffnung (13) für die Komponente in Höhe der Austrittsöffung (13) eine Nut (14) aufweist, die so angeordnet und ausgebildet ist, daß sie bei Umstellung des Drehschiebers auf Rezirkulation den Austragskanal (A) mit der Zuleitung (15) für das Spülmittel verbindet, die durch die Wandung des Drehschiebermantels .(16) geht.
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