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Zudosierungsanordnung für Mischvorrichtungen
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Die Erfindung betrifft Zudosierungsanordnungen für Mischvorrichtungen
zur Herstellung von Mehrkomponenten-Kunststoffen, insbesondere für solche, die unter
Verwendung von Isocyanaten und Feststoffen gebildet werden. Von den Zudosierungsanordnungen,
die unmittelbar vor der Mischkammer angeordnet sind, gelangen die Komponenten je
nach Einstellung der Zudosierungsanordnung entweder durch Austragskanäle in die
Mischkammer oder sie werden im Kreislauf gefördert, ohne dabei in die Mischkammer
zu gelangen.
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In einem solchen System hat somit die Zudosierungsanordnung die Aufgabe,
auf Abruf eine vorgewählte und über die Zeit bestimmte gleichbleibende Menge an
Förderkomponente in einen Austragskanal zu dosieren. Bei Ruhebetrieb sorgt die Zudosierungsanordnung
zusätzlich dafür, daß - um in der Förderkomponente Entmischungen vorzubeugen - die
Förderkomponente im Systemrezirku1ieren kann. Diese Funktion ist unbedingt
notwendig,
wenn die Förderkomponente mit Feststoffen beaufschlagt ist, die sich leicht absetzen
können, oder einzelne flüssige Einsatzstoffe zur Entmischung tendieren.
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Wird ein reaktives Mehrkomponentensystem, wie es bei Isocyanaten und
aktiver Wasserstoffatome enthaltender Förderkomponente vorliegt, verwendet, so ist
zusätzlich eine Spüleinrichtung notwendig.
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Nachteilig ist bei diesen bekannten Anordnungen, daß die Austragskanäle
(zwischen Mischkammer und der Zudosierungsanordnung) nach Beendigung des Mischbetriebes
noch mit Komponente gefüllt sind und mittels Spülmittel ausgewaschen werden müssen,
damit sie nicht für den nächsten Mischbetrieb blockiert sind. Versuche zeigten jedoch,
daß es nicht möglich ist, die Austragskanäle, 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 Schußkanäle Ablagerungen, die nach einiger Zeit verhärten.
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Erfindungsgemäß wird von einer erst kürzlich vorgeschlagenen Zudosierungsanordnung
ausgegangen, wie sie in den Fig. 1, 2 und 3 ersichtlich ist.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Zudosierungsanordnung, bei
dem der Drehschieber 10 als IIohlwelle ausgebildet ist, mit dem Austragskanal 11
und dem Rezirkulationskanal 3, sowie einen Teil der Mis chkamm er.
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Fig. 2 zeigt eine Ansicht des als Hohlwelle ausgebildeten Drehschiebers
10 mit Eintrags kanal 12 und dem Austragskanal 11 für die Komponente.
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Fig. 3 zeigt den Schnitt A-B durch den als Hohlwelle ausgebildeten
Drehschieber 10 und dem Austragskanal 11.
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Der Drehschieber 10 steuert den Komponentenstrom um. Dies geschieht
in der Weise, daß die durch den Eintragskanal 12 eingebrachte Komponente durch die
Bohrung des Drehschiebers 10 je nach Stellung der Welle in den Austragskanal 9 oder
in die Rezirkulationsleitung 3 geleitet wird. Dieser Umsteuerungsvorgang wird durch
eine 900-Drehung des als Hohlwelle ausgebildeten Drehschiebers 10 bewirkt, wobei
die Bohrung des Austragskanals 11 jeweils zum Austragskanal 9 oder zum Rezirkulationskanal
3 gedreht wird.
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Wie aus Fig. 1 bis 3 ersichtlich, legen die Komponenten derzeit innerhalb
der Zudo sierungs anordnung folgende Wege zurück: 1. Austragsstellung: Die Komponente
wird durch den Eintragskanal 12 des Drehschiebers 10 in den Austragskanal 11 gepumpt.
Durch den Dichtungsdurchgang
9 a gelangt sie in den Austragskanal
9, der zur Mischkammer führt.
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2. Rezirkulationsstellung: Die Komponente wird durch denEintragskanal
12 des Drehschiebers 10 in den Austragskanal 11, den Dichtungsdurchgang 11 a und
in den Rezirkulationskanal 3 gepumpt.
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Sofort anschließend wird der Spülvorgang eingeleitet, welcher in der
Regel so abläuft, daß zuerst durch eine separate Öffnung ein geeignetes Spülmittel
direkt in die Mischkammer eingeleitet wird.
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Danach folgt ein Ausblasen der Kammer mit Luft. Üblicherweise laufen
beide Vorgänge, nämlich Spülen und Ausblasen unter Betätigung des Mischrührers ab.
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Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß der Austragskanal 9 und der
Dichtungsdurchgang 9 a (zwischen Mischkammer u. drehbarer Hohlwelle) nach Beendigung
des Mischbetriebes noch mit Komponente gefüllt sind, die durch das von der Mischkammer
her eintretende Spülmittel ausgewaschen werden müssen, damit sie nicht für den nächsten
Mischbetrieb blockiert sind. Es zeigte sich jedoch, daß es nicht möglich ist, den
Austragskanal 9 und den Dichtungsdurchgang 9 a, die während des Spülvorganges Toträume
in der Mischkammerwandung darstellen, überhaupt freizuspülen.
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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 schnell rotierenden
Rührer erzeugten Zentrifugalkräfte gegen die Innenwand der Mischkammer geschleudert
und bilden in den Vertiefungen der Schußkanäle
Ablagerungen, die
nach einiger Zeit erhärten. Die Fig. 4, 5, 6 machen den zeitlichen Ablauf des Ablagerungsaufbaus
sichtbar, wie er bei Versuchen ermittelt wurde.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Spülung derart zu verbesseren,
daß die Austragskanäle nach dem Spülvorgang ebenfalls einwandfrei gereinigt sind.
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Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß man das
Spülmittel durch den Austragskanal 9;und den Dichtungsdurchgang 9 a in die Mischkammer
einbringt.
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Gegenstand der Erfindung ist daher eine Zudosierungsanordnung für
Mischvorrichtungen zur Herstellung von Mehrkomponenten-Kunststoffen, bestehend im
wesentlichen aus einem Gehäuse, einer im Gehäuse drehbar angeordneten Hohlwelle,
der Dichtungshülse zwischen Gehäuse und Hohlwelle sowie aus im Gehäuse befindliche
Austrags - und Zuführungskanäle, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie mit einem
Drehschieber 10 ausgerüstet ist, und sie außer der Eintragsöffnung 12 und der Austragsöffnung
11 für die Komponente in Höhe der Austragsöffnung 11 eine Nut 2 aufweist, die so
angeordnet und ausgebildet ist, daß sie bei Umstellung des Drehschiebers 10 auf
Rezirkulation den Austragskanal 9 und den Dichtungsdurchgang 9 a mit dem Spülmittelkanal
1 und Dichtungsdurchgang 1 a verbindet, welche durch die Wandung des Gehäuses 7
und die Dichtungshülse 6 gehen.
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Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist gewährleistet, daß bei jedem
Spülvorgang der Austragskanal 9 und der Dichtungsdurchgang 9 a von einem starken
Spülmittelstrom durchflossen und gereinigt werden.
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Zusätzlich wird in das Gehäuse 7 der Spülmittelkanal 1 wie aus Fig.
7 ersichtlich, gebohrt. Entsprechend entfällt die vormals notwendige Spülmittelanlage
am Mischkopf mit ihren kompletten Steuereinheiten, wie Ventilen und Zuleitungen.
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Die Fig. 7 bis 9 zeigen konstruktive Einzelheiten, die notwendig sind,
um das Spülmittel durch die Austrdgskanäle 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 10, der auf Spülmittelbetrieb eingestellt ist.
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Die Komponente rezirkuliert gleichzeitig.
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Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung den erfindungsgemäßen Drehschieber
10 mit der Nut 2.
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Fig. 9 zeigt einen Querschnitt durch den Drehschieber 10 gemäß Fig.
8 entlang der Schnittlinie A-B.
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Nach der erfindungsgemäßen Zudosierungsanordnung werden die Materialströme
jetzt durch folgende Wege geleitet: 1. Austragsstellung: Die Komponente wird durch
denEintragskanal 12 des Drehschiebers 10 in den Austragskanal 11 gepumpt. Durch
den Dichtungsdurchgang 9 a gelangt sie in den Austragskanal 9, der zur Mischkammer
führt.
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2. Rezirkulationsstellung und zwangsläufige Spülstellung: Die Komponente
wird durch den Eintragskanal 12 des Drehschiebers 10 in den Austragskanal 11 durch
die Dichtungsöffnung 11 a in den Rezirkulationskanal 3 geleitet.
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Gleichzeitig wird der Spülmittelkanal 1 durch die Nut 2 freigegeben,
so daß das Spülmittel Materialreste in den Dichtungsdurchgang 9 a und Austragskanal
9 in die Mischkammer sprühen kann. Die rotierenden Rührflügel des Mischrührers tragen
Materialreste und Spülmittel zur Austragsdüse der Mischkammer fort.
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Der Spülvorgang wird dadurch beendet, daß der Spülmittelstrom durch
einen Spülluftstrom ersetzt wird, der solange fließt bis d ie Kanäle und die Mischkammer
trocken sind.
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Die vor dieser Anmeldung vorgeschlvgene 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 Austragsende 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
Spülmittelauf Luftdurchgang das in der Leitung zum Nadelventil verbleibende Spülmittel
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" freigibt. Die zusätzlich eingeführte Stellung "0", bei
der das Ventil jeglichen Durchfluß sperrt, wird deshalb notwendig, weil der Fließweg
für das Spülmittel innerhalb der Zudos ierungs anordnung (Hohlwellen -nut) 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 der Zudosierungsanordnung von Mlschbetrieb
auf Rezirkulation, wobei die Fließwege für Spülmittel und Luft freigegeben werden.
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c) Umschaltventil schaltet nach der eingestellten Zeit von "O" auf
Spülmitteldurchgang, Spülmittel strömt für die vorgewählte Zeitspanne durch die
Zudosierungsanordnung in die Mischkammer.
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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 e) Umschaltventil schaltet nach
der vorgewählten Zeit auf "0" f) Spülvorgang Ende.
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Mischkomponenten, die aus niederviskosen Flüssigkeitsanteil und Feststoffpartikeln
hoher Dichte bestehen, zeigen Entmischungserscheinungen, wenn im Bereich der Komponentenleitungen
Änderungen der Fließges chwindigkeit auftreten, wobei besonders die Beschleunigungsbewegung
erwähnt werden muß.
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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 zeigt 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
strömungsgünstig gestaltet.
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Wie aus den beigefügten Diagrammen (Fig. 11 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 d er 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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Eine im Sinne der Erfindung strömungsgünstig gestaltete Zudosierungsanordnung
ist in Fig. 10 dargestellt. Darin zeigt Position 16 die beanspruchte Konstruktion
der Beschleunigungsstrecke. Die Fig. 12 und 13 zeigen Einzelheiten dieses Erfindungsgedanken,
wobei besonders mit Fig. 12 darauf hingewiesen wird, daß erst durch die Kombination
der Beschleunigungsstrecke 16 und der erfindungsgemäßen Nut 2 die optimale Problemlösung
für die Zudosierungsanordnung gefunden wurde.