DE2855916A1

DE2855916A1 - Vorrichtung zum herstellen eines reaktionsgemisches aus schaumstoff oder massivstoff bildenden fliessfaehigen komponenten

Info

Publication number: DE2855916A1
Application number: DE19782855916
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Althausen; Ferdinand Dr Proksa; Reiner Dipl Ing Raffel; Hans-Michael Sulzbach
Original assignee: Hennecke GmbH
Current assignee: Hennecke GmbH
Priority date: 1978-12-23
Filing date: 1978-12-23
Publication date: 1980-07-10
Also published as: DE2855916C2

Description

Vorrichtung zum Herstellen eines Reaktionsgemisches aus
Schaumstoff oder Massivstoff bildenden fließfähigen Komponenten Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines Reaktionsgemisches aus Schaumstoff oder Massivstoff bildenden fließfähigen, gegebenenfalls Füllstoffe enthaltenden Komponenten, bestehend aus: a) Vorratsbehältern für die Komponenten, b) Zuführungsleitungen, die die Vorratsbehälter über c) Dosierpumpen mit einer d) in einem Mischkopf angeordneten Mischkammer verbinden, in die sie über e) Einspritzorgane, die als Nadeln aufweisende Düsen ausgebildet sind, münden; und aus f) einer an der Mischkammer angeordneten Auslaßöffnung, sowie aus g} Rücklaufleitungen mit zugeordneten h)- Absperrorganen.
Insbesondere für die Herstellung von Formteilen hatten sich Mischvorrichtungen der vorgenannten Art bewährt, bei denen die Einspritzdüsen druckgesteuert sind. Im Laufe der Zeit wurden sie jedoch den erhöhten Anforderungen an die Qualität des Endproduktes nicht mehr voll gerecht.
Man ging deshalb zu Mischvorrichtungen mit zwangsgesteuerten Schiebern über, für deren Arbeitsweise der Grundsatz gilt, daß im Augenblick des Umschaltens von "Mischen" auf "Kreislauf" und umgekehrt, keine gespaltene" Förderung auftritt, d.h., es darf keine gleichzeitige Förderung in die Mischkammer und im Kreislauf stattfinden, um die Dosiergenauigkeit nicht zu gefährden. Dies wird bei der Schiebersteuerung dadurch erreicht, daß zwischen dem Augenblick der Beendigung des Zulaufs zur Mischkammer und dem Beginn des Kreislaufs ein kurzzeitiges Intervall eingeschoben wird, in dem keine Förderung stattfindet.
Neue Anwendungsmöglichkeiten der Endprodukte verlangen nun, daß mit den Mischvorrichtungen auch hochviskose Komponenten, d.h. auch solche, die Füllstoffe bzw.
Verstärkungsstoffe in pulverförmiger, körniger oder kurzfasriger Konsistenz enthalten, verarbeitet werden müssen, um die gewünschten Eigenschaften der Endprodukte sicherzustellen. Dabei wird das unvermeidliche Problem des Verschleißes von Düsenöffnungen, Steuerkanten und Steuernuten besonders akut, und zwar insbesondere bei der Verarbeitung abrasiver Füllstoffe bzw. Verstärkungsstoffe.
Da der Verschleiß auch bei Wahl hochverschleißfester Werkstoffe ein nicht völlig zu beseitigendes Problem darstellt, muß der Fachmann versuchen, den Verschleiß gering zu halten. Es ist allgemein üblich, starkem Verschleiß ausgesetzte Teile austauschbar und kostengünstig zu gestalten. Die vorstehend erwähnten Steuerschieber und ihre Führungsbüchsen müssen wegen der Forderung nach guter Abdichtung mit außerordentlich engen Toleranzen gefertigt werden. Damit sind sie entsprechend teuer und besitzen wegen der erforderlichen Abdichtungsgüte eine vergleichsweise geringe Lebensdauer.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung für den genannten Zweck so zu gestalten, daß sie von ihrer Konstruktion her einerseits der Forderung gerecht wird, die Dosiergenauigkeit zu gewährleisten, und andererseits den Einsatz von weniger kostenaufwendigen Verschleißteilen ermöglicht.
Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß i) auch die den Rücklaufleitungen zugeordneten Absperrorgane als Nadeln aufweisende Düsen ausgebildet sind; j) die Öffnungen der Düsen in austauschbaren Düsensitzen angeordnet sind; k) jeder Düsen eine separate hydraulische Zwangssteuerung zugeordnet ist, wobei 1) die Zwangs steuerungen der einander zugeordneten Düsen für "Mischen" und "Kreislauf" über ein Zeitglied derart aufeinander abstimmbar sind, daß la) beim Übergang von "Mischen" auf "Kreislauf" die in die Mischkammer mündenden Düsen zunächst die Schließstellung einnehmen, bevor die den Rücklauf leitungen zugeordneten Düsen in die öffnungsstellung übergehen; und lb) beim Übergang von "Kreislauf" auf "Mischen" die den Rücklauf leitungen zugeordneten Düsen zunächst die Schließstellung einnehmen, bevor die in die Mischkammer mündenden Düsen in die öffnungsstellung übergehen.
Im folgenden werden die in die Mischkammer mündenden Düsen als "Einspritzdüsen" und die den Rücklaufleitungen zugeordneten Düsen als "Rücklaufdüsen" bezeichnet.
Die Maßnahmen gemäß Merkmalen i) und j) gestatten einen einfachen Aufbau der Mischvorrichtung mit weniger kostenaufwendigen, leicht austauschbaren Verschleißteilen, als sie Steuerschieber und deren Führungsbüchsen darstellen.
Die Merkmale k) und 1) erlauben eine exakte Dosierung der Komponenten. Mit der Anwendung der Merkmale k) und 1) verläßt der Fachmann die durch die Schiebersteuerung gesicherte Technik und löst die Teilaufgabe, daß beim Umschalten alle Düsen für einen kurzen Augenblick geschlossen sein müssen, durch eine rein hydraulische Zwangssteuerung ohne mechanische Koppelung der einzelnen Düsen. Damit wurde das Vorurteil überwunden, daß die im Millisekundenbereich liegenden Schaltvorgänge der einzelnen Düsen rein hydraulisch nicht so genau aufeinander abstimmbar seien, daß die Dosiergenauigkeit gewährleistet bleibe.
Für den Fachmann war es nicht vorhersehbar, daß die Arbeitsweise zweier Düsen derart genau aufeinander abstimmbar ist, daß die eine Düse nur maximal etwa 0,005 Sekunden eher schließt bevor die andere öffnet.
Hydraulische oder pneumatische Zwangssteuerungen besitzen nämlich eine gewisse Eigenträgheit und der Fachmann mußte annehmen, daß die einzuhaltenden Intervalle innerhalb der Toleranzgrenzen einer solchen Steuerung liegen.
Durch die erfindungsgemäße Technik wird erreicht, daß die Düsen, insbesondere jeweils die einander zugeordnete Einspritz- und Rücklaufdüse jeder Komponente, voneinander unabhängig bewegbar ist. Das heißt, ihre Bewegungsvorgänge sind mechanisch entkoppelt. Nichtsdestoweniger sind natürlich die Bewegungszeitpunkte der Düsen aufeinander abstimmbar, so daß der gewünschte Effekt der unabhängigen Einstellbarkeit jeder Düse gewährleistet ist.
Die Nadeln der Düsen weisen nach einer besonderen Ausführungsform austauschbare Köpfe auf.
Vorzugsweise bestehen die austausbaren Köpfe der Nadeln der Düsen aus elastischem, hochverschleißfestem Material.
Alternativ hierzu bestehen die die Öffnungen aufweisenden Düsensitze der Düsen aus elastischem, hochverschleißfestem Material.
Geeignetes hoehversehleißfestes Material ist beispielsweise Polyurethanelastomer.
Dadurch wird auch noch ein gutes Abdichten gewährleistet, wenn schon Verschleiß eingetreten ist und/oder Füllstoffteilchen zwischen den Dichtflächen haften bleiben.
In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Ausführungsbeispiel rein schematisch dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen Mischkopf im Schnitt mit rein schematischer Andeutung des Hydrauliksystems, Figur 2 ein Diagramm über einen Arbeitszyklus der Düsen.
In Figur 1 besteht der Mischkopf aus einem Gehäuse 1, das eine Mischkammer 2 umschließt. Von einem Vorratsbehälter (nicht dargestellt) für Isocyanat führt eine Zuleitung 3 über eine Dosierpumpe (nicht dargestellt) zum Mischkopfgehäuse 1 und mündet in einen Kanal 4. In ihm ist eine Einspritzdüse 5 angeordnet. Ihre in die Mischkammer 2 weisende Einspritzöffnung 6 ist in einem austauschbaren, lochscheibenartigen Düsensitz 7 vorgesehen. In einem Einsatzstück 8 ist eine umströmbare Düsennadel 9 geführt, die in der Darstellung die Einspritzöffnung 6 verschließt. Das hintere Ende der Düsennadel 9 ist als Hydraulikkolben 10 ausgebildet, dem die im Einsatzstück 8 vorgesehenen Hydraulikräume 11,12 zugeordnet sind. Der Kanal 4 ist fernerhin durch eine in der Darstellung geöffnete Rücklaufdüse 13 unterbrechbar.
Diese Düse 13 ist in gleicher Weise aufgebaut wie die Einspritzdüse 5, und zwar aus Düsensitz 14 mit Ei.nspritzöffnung 15, aus der Düsennadel 16 mit Hydraulikkolben 17 und zugeordneten Hydraulikräumen 18,19 im Einsatzstück 20. Der Kanal 4 mündet schließlich in eine Rücklaufleitung 21, die zurück zum Vorratsbehälter führt.
Von einem Vorratsbehälter (nicht dargestellt) für Polyol führt eine Zuleitung 22 über eine Dosierpumpe (nicht dargestellt) zum Mischkopfgehäuse 1 und mündet in einen Kanal 23. In ihm ist eine Einspritzdüse 24 angeordnet. Ihre in die Mischkammer 2 weisende Einspritzöffnung 25 ist in einem austauschbaren, lochscheibenartigen Düsensitz 26 vorgesehen. In einem Einsatzstück 27 ist eine umströmbare Düsennadel 28 geführt, die in der Darstellung die Einspritzöffnung 25 verschließt. Das hintere Ende der Düsen- nadel 28 ist als Hydraulikkolben 29 ausgebildet, dem die im Einsatzstück 27 vorgesehenen Hydraulikräume 30,31 zugeordnet sind. Der Kanal 23 ist fernerhin durch eine in der Darstellung geöffnet Rücklaufdüse 32 unterbrechbar.
Diese Düse 32 ist in gleicher Weise aufgebaut wie die Düsen 5, 13 und 24, und zwar aus Düsensitz 33 mit Einspritzöffnung 34, aus der Düsennadel 35 mit Hydraulikkolben 36 und zugeordneten Hydraulikräumen 37 im Einsazzstück 39. Der Kanal 23 mündet schließlich in eine Rücklaufleitung 40, die zurück zum Vorratsbehälter führt.
Hydraulikflüssigkeit wird aus einem Reservoir 41 mittels einer Pumpe 42 über ein Tauchrohr 43 in eine Zuleitung 44 gefördert, die an den Umschaltorganen 45,46 endet. Diese sind außerdem an eine Rückleitung 47 angeschlossen, von der ein in das Reservoir 41 führendes Rücklaufrohr 48 abzweigt. Das Umschaltorgan 45 ist über eine Leitung 49 mit den Hydraulikräumen 11,30 und über die Leitung 50 mit den Hydraulikräumen 12,31 verbunden. Das Umschaltorgan 46 hingegen ist über eine Leitung 51 mit den Hydraulikräumen 18,37 und über eine Leitung 52 mit den Hydraulikräumen 19, 38 verbunden. Die Umschaltorgane 45,46 sind über ein Zeitglied 53 zu verschiedenen Zeitpunkten schaltbar. Federn 54 halten die Düsen 5,13,24,32 durch leichten Druck geschlossen, wenn die Vorrichtung außer Betrieb ist. Eine andere Funktion kommt ihnen nicht zu.
Die Düsen 5, 13, 24, 32 weisen an ihren Nadeln 9 (siehe Düse 5) einen austauschbaren Kopf 55 aus hochverschleißfestem, elastischem Material auf, der mittels einer Gewindeverbindung 56 in der Nadel 9 gehalten ist.
Das Diagramm gemäß Figur 2 erläutert die Funktionsweise der Vorrichtung bei synchron arbeitenden Mischdüsen 5,24 und synchron arbeitenden Rücklaufdüsen 13,32. Die Kurven für gleichartige Düsen decken sich und zeigen jeweils den Hub, d.h. die Stellung der Düsennadel, in Abhängigkeit von der Zeit. Dabei stellt die ausgezogene Kurve die Arbeitsweise der Mischdüsen 5,24 dar, die gestrichelte Kurve diejenige der Rücklaufdüsen 13,32. Der Zeitintervall eines Arbeitszyklus ist mit C bezeichnet. Der Arbeitszyklus C beginnt in der Darstellung mit dem Schließen der Rücklaufdüsen 13,32.
Das Schaltintervall ist mit RM bezeichnet. Mit der Beendigung des Schaltintervalls RM beginnt ein Zwischenintervall IM. Es endet zu jenem Zeitpunkt, an dem die Einspritzdüsen 5,24 öffnen. Während des Zwischenintervalls IM sind also alle vier Düsen 5,13,24,32 geschlossen. Anschließend folgt das Schaltintervall M, während dem die Einspritzdüsen 5,24 in die öffnungsstellung übergehen. Nun schließt das Mischzeitintervall Mt an, d.h. jene Zeitdauer, die erforderlich ist, die benötigten Komponentenmengen in die Mischkammer 2 einströmen zu lassen, wo sie im Durchlauf vermischt werden. Anschließend folgt das Schaltintervall MR. Während dieses Intervalls werden die Einspritzdüsen 5,24 geschlossen. Exakt genommen gehören natürlich auch die Schaltintervalle MM und MR zum Mischzeitintervall Mt. In der Regel sind jedoch die Schaltzeiten so kurz, daß sie gegenüber dem Mischzeitintervall Mt, das die Zeitdauer, in der die Einspritzdüsen 5,24 voll geöffnet sind, charakterisiert, vernachlässigbar klein sind. An das Schaltintervall MR schließt sich ein zweites Zwischenintervall IR an, während dessen Dauer alle vier Düsen 5,13,24,32 wiederum geschlossen bleiben.
Dann folgt das Schaltintervall RR zum Öffnen der Rücklaufdüsen 13,32. Anschließend folgt das Rezirkulationsintervall Rt, das beispielsweise zwischen zwei Formfüllvorgängen eingelegt werden muß. Damit ist der Arbeitszyklus C geschlossen.
Die Schaltintervalle der Düsen 5,13,24,34 liegen in der Größenordnung von etwa 0,001 bis 0,002 Sekunden. Die Zwischenintervalle betragen etwa 0,001 bis 0,004 Sekunden. Das Mischzeitintervall und das Rezirkulationszeitintervall ist produktionsabhängig.
Leerseite

Claims

Patentansprüche Vorrichtung zum Herstellen eines Reaktionsgemisches aus Schaumstoff oder Massivstoff bildenden, gegebehenfalls Füllstoffe enthaltenden Komponenten, bestehend-aus: a) Vorratsbehältern für die Komponenten, b) Zuführungsleitungen, die die Vorratsbehälter über c) Dosierpumpen mit einer d) in einem Mischkopf angeordneten Mischkammer verbinden, in die sie über e) Einspritzorgane, die als Nadeln aufweisende Düsen ausgebildet sind, münden; und aus f) einer an der Mischkammer angeordneten Auslaßöffnung, sowie aus g) Rücklaufleitungen mit zugeordneten h; Absperrorganen, dadurch gekennzeichnet, daß i) auch die den Rücklaufleitungen (21,40) zugeordneten Absperrorgane als Nadeln (16,35) aufweisende Düsen (13,32) ausgebildet sind; j) die Öffnungen (6,15,25,34) der Düsen (5,13,24,32) in austauschbaren Düsensitzen (7,14,26,33) angeordnet sind; k) jeder Düse (5,13,24,32) eine gesonderte hydraulische Zwangssteuerung (11,12;18,19;30,31;37,38) zugeordnet ist, wobei 1) die Zwangssteuerungen (11,12;18,19;30,31;37,38) der einander zugeordneten Düsen (5,24) für Mischen und Düsen 113,32) für Kreislauf über ein Zeitglied (53) derart aufeinander abstimmbar sind, -daß la) beim Übergang von "Mischen" auf "Kreislauf" die in die Mischkammer (2) mündenden Düsen (5,24) zunächst die Schließstellung einnehmen, bevor die den Rücklaufleitungen (21,40) zugeordneten Düsen (13,32) in die Offnungsstellung übergehen; und lb) beim Übergang von "Kreislauf" auf "Mischen" die den Rücklaufleitungen (21,40) zugeordneten Düsen (13,32) die Schließstellung einnehmen, bevor die in die Mischkammer (2) mündenden Düsen (5,24) in die Öffnungsstellung übergehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Köpfe (55) der Nadeln (9) der Düsen (5) austauschbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Köpfe (55) der Nadeln (9) der Düsen (5) aus hochverschleißfestem, elastischem Material, wie Polyurethanelastomer. bestehen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsensitze (7,14,26,33) aus hochverschleißfestem, elastischem Material, wie Polyurethanelastomer, bestehen.