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Mischvorrichtung für Mehrkomponentenkunststoffe
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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.
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Es ist bekannt, zwei Komponenten in bestimmten, gleichbleibenden Verhältnissen
zusammenzubringen und optimal zu vermischen.
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Eine bekannte Vorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt.
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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.
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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.
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Bei einer kürzlich vorgeschlagenen Mischvorrichtung bestehen die im
Mischkopf eingebauten Steuerorgane aus Drehschiebern wie sie aus den Fig. 2 und
3 ersichtlich sind.
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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.
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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.
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Bei dieser vor dieser Anmeldung vorgeschlagenen Mischkopf-Konstruktion
steuert die Hohlwelle 10 den Komponentenstrom um.
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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.
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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.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher die Spülung derart zu verbessern,
daß die Austragskanäle nach dem Spülvorgang ebenfalls einwandfrei gereinigt sind.
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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß man das Spülmittel durch die
Austragskanäle in die Mischkammer einbringt.
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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.
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Durch die 1erfindungsgemäße Maßnahme ist gewährleistet, daß bei jedem
Spülvorgang die Austragskanäle A von einem starken Spülmittelstrom durchflossen
und gereinigt werden.
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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.
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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.
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Fig. 7 zeigt einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäß verbesserten
Drehschieber, der auf Spülmittelbetrieb eingestellt ist. Die Komponente rezirkuliert.
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Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung die erfindungsgemäße Hohlwelle
10 mit der Nut 14.
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Fig. 9 zeigt einen Querschnitt durch die Hohlwelle 10 gemäß Fig. 8
entlang der Schnittlinie A-B.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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(c) Umschaltventil schaltet nach der eingestellten Zeit von "0" auf
Spülmitteldurchgang, Spülmittel strömt für die vorgewählte Zeitspanne in den Mischkopf.
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(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.
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(e) Umschaltventil schaltet nach der vorgewählten Zeit auf "0".
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(f) Spülvorgang Ende.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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(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.
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(b) Die bekannte Ausstattung der Mischvorrichtung sieht Kegelrückschagventile
an den Dosierzylindern vor. Diese Ventile werden durch feststoffgefüllte Komponenten
blockiert und schließen nicht zuverlässig.
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(c) Die Leistung der Rührer in den Komponentenbehältern
erwies sich als nicht ausreichend, so daß Phasentrennung des Komponentenvorrats
auftrat.
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(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.
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(e) Es ist erforderlich, die Komponenten während der Betriebspausen
in den Leitungen zu bewegen. Dies ist durch Rezirkulation in Intervallen möglich.
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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.
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(f) Die Kolbendosierung erzeugte in einigen Fällen keinen kontinuierlichen
Materialstrom, so daß Vor- und Nachlauf der Komponenten auftrat.
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(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.
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(h) Undichtigkeiten an Dosierkolben, Ventilen und Kugelhähnen führen
zu Betriebsunterbrechungen.
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(i) Im Rohrleitungssystem bilden sich bei Komponenten mit Feststoffen
mitunter Verstopfungen, die besonders vor Engpässen in den Materialleitungen auftreten.
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(j) In Toträumen und strömungsschwachen Zonen der Komponentenfliéßwege
bilden sich verhärtete Komponentenablagerungen,
die nach Ablösung
von der Innenwand Verstopfungen im Mischkopf verursachen.
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(k) Der Pneumatikzylinder am neuen Mischkopf, der die Umsteuerung
der Komponentenventile von Rezirkulation auf Schußbetrieb vornimmt, ist zu schwach.
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Die Umschaltung dauert deshalb zu lange.
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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.
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Es ist also keine Möglichkeit gegeben, von außen in dieses System
einzugreifen, ohne den Komponentenbehälter zu öffnen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ferner ist erfindungsgemäß die Einstellung der Rührerdrehzahl variabel,
um den Rührvorgang dem jeweiligen Material entsprechend anzupassen.
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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.
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Da bei den auftretenden Rührerdrehzahlen von ca. 4000 U/min.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Dies ist notwendig, weil bei Druckluftmangel die bisher in der Anlage
eingebaute Motorabschaltung nun nicht mehr anspricht.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zur Vermeidung des genannten Mangels wird deshalb gemäß der Erfindung
im Mischkopf die Querschnittsverengung vom Schlauchdurchmesser auf den Düsenkanaldurchmesser
strömungsgünstiger gestaltet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der Zylinder betätigt das Hebelgestänge, das den Zylinderhub in eine
900-Drehbewegung umsetzt und diese auf die beiden Drehschieberkolben überträgt.
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Es zeigte sich, daß die vorhandene Zylinderkraft nicht ausreicht,
um den Drehschieberkolben in der erforderlich kurzen Zeit zu bewegen.
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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.
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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.
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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.