DE2920388C2 - Mischkopf für mindestens zwei miteinander reagierende Kunststoffkomponenten - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Mischkopf der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Es ist bereits ein derartiger Mischkopf bekannt, bei dem die Zulaufkanäle und die Rücklaufkanäle" gemeinsame Eintrittsöffnungen in die Mischkammer aufweisen, d. h. die Rücklaufkanäle münden unmittelbar im Bereich der Eintrittsöffnungen in die düsenlosen Zulaufkanäle, also in einem Bereich sehr hohen Drucks (Zeitschrift »Kunststoffe« 1971, Seite 374). Es ist daher nicht zu vermeiden, daß Teile des Komponentengemisches bzw. einer anderen Komponente während des Einspritzens aus der Mischkammer in einen Rücklaufkanal eindringen und dort aushärten. Die ausgehärteten Teile werden während des Rücklaufs zwangsläufig zu den Komponentenbehältern mitgerissen. Auch können Teile einer Komponente während des Einspritzens direkt aus dem Zulaufkanal in den einmündenden Rücklaufkanal übergehen, da keine exakte Strahlbildung stattfindet und das Ende des Rücklaufkanals als Fangöffnung für die eingespritzte Komponente wirkt. Die Dosiergenauigkeit dieses bekannten Mischkopfs ist daher nicht sehr groß, d.h. die exakte Einhaltung einer bestimmten Einspritzmenge und eines bestimmten Mischungsverhältnisses, wie sie zur Herstellung hochwertiger Schäumteile unabdingbar ist, ist kaum möglich. Auch die Verunreinigung der Komponenten durch ausgehärtete Mischungsteile steht einer hohen Qualität entgegen und führt zu Funktionsstörungen durch Verstopfen von Leitungen, Ventilen usw.

Weiter ist bereits ein Mischkopf mit einem in einer Mischkammer hin- und herbeweglichen,deren Einspritzöffnungen freigebenden oder überdeckenden Schieber bekannt, bei dem die Rücklaufkanäle für die Kunststoffkomponenten während des Einspritzens durch zwangsgesteuerte Ventile vollständig abgeschlossen sind (DE-OS 26 02 669). Jedes dieser Ventile weist eine in Strömungsrichtung vor der zugehörigen Eintrittsöffnung liegende Ventilkammer mit zwei Ventilsitzen auf, in der ein durch Gestänge mit dem Schieber gekoppelter Ventilkörper beweglich angeordnet ist Dabei münden die Zulaufkanäle in dem der Eintrittsöffnung benachbarten Bereich und die Rücklaufkanäle in dem von der Eintrittsöffnung entfernten Bereich der Ventilkammern ein. Bei diesem bekannten Mischkopf können zwar während des Einspritzens keine Komponenten- oder Gemischteiie in die abgeschlossenen Rücklaufkanäle eindringen, dafür muß jedoch ein erheblicher baulicher Aufwand für die Ventile und deren Zwangssteuerung in Kauf genommen werden.

Schließlich ist noch ein Mischkopf mit einem in einer Mischkammer hin- und herbeweglichen Schieber bekannt bei dem die Rücklaufkanäle oberhalb der Eintrittsöffnungen direkt in die Mischkammer einmünden und durch im Schieber ausgebildete Überströmkanäle mit den Eintrittsöffnungen verbunden sind, wenn sich der Schieber in der Schließstellung befindet (DE-AS 20 07 935). In der Mischstellung dagegen ist die Verbindung zwischen Eintrittsöffnungen und Rücklaufkanälen unterbrochen. Die Herstellung dieses bekannten Mischkopfs ist relativ kostspielig, bedingt durch die in den Schieber einzuarbeitenden Überströmkanäle und das über deren gesamte Länge und noch darüber hinaus aus Gründen der Abdichtung erforderliche enge Spiel zwischen Mischkammer und Schiebe). Hinzu kommt, daß bei diesem bekannten Mischkopf zwischen der Schließstellung und der Mischstellung des Schiebers eine Totlage vorhanden ist bei der die Eintrittsöffnungen abgedeckt jedoch nicht mit den Rücklaufkanälen verbunden sind. Dies führt zu sehr hohen Druckstößen, die um so größer sind, je geringer die Schiebergeschwindigkeit ist. Durch diese Druckstöße werden die an die Zulaufkanäle angeschlossenen Leitungen für die Kunststoffkomponenten, die Dichtungen und insbesondere die Förderpumpen sehr hoch beansprucht und müssen daher, genauso wie auch der meist hydraulische Antrieb für den Schieber, entsprechend stark dimensioniert werden. Ferner ergeben sich Probleme, wenn mehr als zwei Kunststoffkomponenten gemischt werden sollen, da für jede Komponente ein eigener Überströmkanal im Schieber vorgesehen sein muß, was zu einer entsprechenden Schwächung des Schieberquerschnitts und zu einer Verringerung der Dichtflächen führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Mischkopf der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln ein Eindringen fremder Komponenten oder des Gemisches in die Rücklaufkanäle zu verhindern und dadurch die Dosiergenauigkeit zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Bei einem erfindungsgemäßen Mischkopf tritt der aus der Einspritzdüse kommende Komponentenstrahl durch die Kammer und die Eintrittsöffnung hindurch in die Mischkammer, ohne durch den Rücklaufkanal bzw. dessen Einmündung in irgendeiner Weise behindert zu werden. Die Verwendung einer Einspritzdüse ergibt eine exakte Strahlbildung, auf die die Eintrittsöffnung größenmäßig derart abgestimmt werden kann, daß sie während des Einspritzens durch den Strahl vollständig ausgefüllt und somit gegen das Eindringen fremder Komponenten bzw. des Gemisches wirkungsvoll abgeschirmt wird. Andererseits ermöglicht die Einmündung des Rücklaufkanals in die die Düsenöffnung umgebende Kammer einen ungehinderten Rücklauf der aus der Einspritzdüse austretenden und damit druckreduzierten

Komponente bei geschlossener Eintrittsöffnung. Irgendwelche Druckstöße beim Obergang des Schiebers von der Schließ- in die Mischstellung und umgekehrt treten dabei nicht auf. Der erfindungsgemäße Mischkopf arbeitet daher trotz eines sehr einfachen Aufbaus, insbesondere ohne zwangsgesteuerte Ventile und ohne Rücklaufkanäle im Schieber, betriebssicher und mit hoher Dosiergenauigkeit

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Stirnfläche der Einspritzdüse mit von der Düsenöffnung ausgehenden, im wesentlichen radial verlaufenden Einkerbungen versehen. Diese Einkerbungen erhöhen den freien Querschnitt zwischen Düsenöffnung und Rücklaufkanal während des Rücklaufs, so daß die Einspritzdüse im Sinne einer guten Mischung sehr nahe an der Eintrittsöffnung angeordnet werden kann.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im nachstehenden ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen senkrechten Längsschnit' durch einen Mischkopf mit zwei verschiedenen Schieberstellungen, F i g. 2 den Schnitt ABnach F i g. 1.

Der Mischkopf nach F i g. 1 und 2 dient zum exakten Dosieren und intensiven Mischen zweier verschiedener Kunststoffkomponenten, beispielsweise zur Herstellung von Formteilen aus geschäumtem Po'yurethan. Er weist einen blockförmigen Träger 1 auf, in dem eine zylindrische Mischkammer 2 in Form einer senkrechten Längsbohrung ausgebildet ist Die Mischkammer 2 ist mit zwei auf gleicher Höhe einander diametral gegenüberliegenden Eintrittsöffnungen 3, 4 für die Kunststoffkomponenten versehen, die durch die Einmündungen entsprechender Querbohrungen 5, 6 im Träger 1 in die Längsbohrung gebildet werden. An die beiden gegenüberliegenden Seitenflächen mit den Querbohrungen 5, 6 des Trägers 1 schließen sich zwei jeweils zweiteilige Anschlußstücke 7, 8 an. Diese werden durch mehrere Stehbolzen 9 mit dem Träger 1 lösbar zu einer Einheit zusammengehalten. Die Anschlußstücke 7, 8 sind mit mehreren sich an die Querbohrungen 5, 6 im Träger 1 anschließenden Bohrungen 10, 11 versehen, die zusammen mit den Querbohrungen 5, 6 Zulaufkanäle für die Kunststoffkomponenten bilden.

Die Zulaufkanäle 5, 10 bzw. 6, 11 treten an der Oberseite der Anschlußstücke 7, 8 aus, wo flexible Leitungen 12, 13 angeschlossen sind. Diese führen zu nicht gezeigten, beispielsweise aus einem Vorratsbehälter, einer Pumpe und Steuerventilen bestehenden Versorgungseinheiten für die Kunststoffkomponenten. An der Unterseite der Mischkammer 2 ist ferner eine Austrittsöffnung 14 für das Gemisch vorgesehen.

Unmittelbar vor den Querbohrungen 5,6 im Träger 1 und damit vor den Eintrittsöffnungen 3, 4 der Mischkammer 2 sind in den Einlaßkanälen 5,10 bzw. 6, 11 Einspritzdüsen 15,16 mit gegenüber den Zulaufkanälen verengtem Querschnitt angeordnet. Diese Einspritzdüsen 15,16 sitzen in den zweiteiligen Anschlußstücken 7, 8 und werden durch Buchsen 17, 18 fixiert Die Stirnseiten mit der Düsenöffnung jeder Einspritzdüse 15,16 liegt kurz vor, d. h. stromaufwärts der Trennebene zwischen dem Träger 1 und dem betreffenden Anschlußstück 7, 8. Durch an der Außenseite der im Durchmesser etwas kleiner als die Bohrungen 10, 11 gehaltenen Querbohrungen 5,6 ausgebildete Ansenkungen werden die Düsenöffnungen umgebende Kammern 19,20 gebildet. In diese Kammern 19,20 münden an der dem Träger 1 zugewendeten Seite der Anschlußstücke 7, 8 eingearbeitete Nuten 21, 22 ein, die durch die Außenfläche des Trägers 1 abgedeckt werden und in in den Anschlußstücken 7,8 angebrachte Bohrungen 23,24 einmünden. Die Nuten 21,22 bilden zusammen mit den Bohrungen 23,24 Rücklaufkanäle 21, 23 bzw. 22, 24 fü.-die Kunststoffkomponenten. Diese Röcklaufkanäle 21, 23 bzw. 22,24 treten an der Oberseite der Anschlußstükke 7,8 neben den Zulaufkanälen 5,10 bzw. 6,11 aus, wo nicht gezeigte flexible Leitungen angeschlossen sind, die zurück zu den nicht gezeigten Versorgungseinheiten für die Kunststoffkomponenten führen. In den Rücklaufkanälen 21, 23 bzw. 22, 24 sind ferner unmittelbar im Anschluß an die Nuten 21, 22 Rückschlagventile eingeschaltet, die aus konischen Ventilsitzen 25, 26 und aus durch gelochte Scheiben 27, 28 gehaltenen Kugeln 29,30 bestehen. Die gelochten Scheiben 27,28 werden dorch Buchsen 31, 32 fixiert Durch die beiden Rückschlagventile 25, 27, 29 bzw. 26, 28, 30 wird ein Rückfließen der Kunststoffkomponenten in den Rücklaufkanälen 21,23 bzw. 22,24 zu den Eintrittsöffnungen 3,4 der Mischkammer 2 verhindert.

In der Mischkammer 2 bzw. der diese bildenden Längsbohrung im Träger 1 ist ein zylindrischer Schieber 33 mit engem Spiel verschiebbar gelagert Der Schieber 33 ragt nach oben aus der Längsbohrung heraus, wo er mit einem Bund 34 versehen ist An diesem Bund 34 greift ein Mitnehmer 35 an, der an der Kolbenstange 36 eines Hydraulikzylinders 37 befestigt ist. Der Hydraulikzylinder 37 ist mit den beiden Anschlußstücken 7, S fest verbunden und betätigt somit den Schieber 33. Die Anordnung ist derart getroffen, daß dsr Schieber 33 zwischen einer unteren Schließstellung, in der er die Austrittsöffnung 14 bündig abschließt und einer oberen Mischstellung, in der er die Eintrittsöffnungen 3, 4 freigibt und die obere Begrenzung der Mischkammer 2 bildet, hin- und herbewegbar ist. Zur Vergrößerung des Durchflußquerschnitts beim Umlauf der Kunststoffkomponenten können in den auslaufseitigen Stirnseiten der Einspritzdüsen 15, 16 radial verlaufende Einkerbungen 38 vorgesehen sein, wie F i g. 2 zeigt.

Die Funktion des vorstehend beschriebenen Mischkopfs ist folgende: In den Betriebspausen wird der Schieber 33 durch eine entsprechende Steuerung des Hydraulikzylinders 37 in der unteren Schließstellung gehalten. Die Schließstellung ist in der linken Hallte von F i g. 1 gezeigt Der Schieber 33 füllt dabei die Mischkammer vollständig aus und deckt die Eintrittsöffnungen 3 bzw. 4 dichtend ab. Die über die Leitungen 12 bzw. 13 zugeführten Kunststoffkomponenten fließen somit über die Zulaufkanäle 5, 10 bzw. 6, 11 einschließlich der Einspritzdüsen 15 bzw. 16 zu und über die Kammern 19 bzw. 20 und die Rücklaufkanäle 21,23 bzw. 22,24 wieder ab zu den nicht gezeigten Leitungen. Da die Einmündungsstellen der Rücklaufkanäle 21, 23 bzw. 22, 24 in die Zulaufkanäle 5, 10 bzw. 6, 11 unmittelbar im Bereich der Eintrittsöffnungen 3 bzw. 4 liegen, werden alle Kanäle vollständig vom Umlauf der Kunststoffkomponenten erfaßt und diese können sich nirgends absetzen.

Während des Mischens wird der Schieber 33 durch eine entsprechende Steuerung des Hydraulikzylinders 37 in der oberen Mischstellung gehalten. Die Mischstellung ist in der rechten Hälfte von F i g. 1 gezeigt. Der Sci.ieber 33 gibt dabei die beiden Eintrittsöffnungen 3 bzw. 4 vollständig frei; seine untere Stirnseite bildet den oberen Abschluß der Mischkammer 2. Die mit hohem Druck über die Leitungen 12 bzw. 13 zugeführten Kunststoffkomponenten fließen über die Zulaufkanäle

5, 10 bzw. 6, 11 zu den Eintirittsöffnungen 3 bzw. 4 und treten in die Mischkammer 2 ein. Durch die in die Zulaufkanäle eingefügten Einspritzdüsen 15 bzw. 16 wird dabei der Druck in eine hohe Strömungsgeschwindigkeit umgesetzt, die zu einer intensiven Vermischung der Kunststoffkomponenteri führt. Durch den während des Mischens in den Rücklaufkanälen 21, 23 bzw. 22, 24 vom Umlauf her noch mehr oder weniger vorhandenen Druck einerseits sowie durch den in den Kammern 19 bzw. 20, d. h. im Bereich der Einmündung der Rücklaufkanäle in die Zulaufkanäle, infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeit dort vorhandenen geringen Druck andererseits wird zuverlässig verhindert, daß die zugeführten Kunststoffkomponenten unkontrolliert über die Rücklaufkanäle abfließen. Durch die Rückschlagventile 25, 27. 29 bzw. 26. 28, 30 wird außerdem erforderlichenfalls verhindert, daß über die Rücklaufkanäle Teile der Kunststoffkomponenten angesaugt und mit. eingespritzt werden. Trotz der in Rücklaufrichtung offenen Rücklaufkanäle findet somit ein exaktes Dosieren der Kunststoffkomponenten statt, wobei die Einspritzmenge über den Druck in den Zuleitungen und die Einspritzzeit geregelt werden kann.

Nach der eingestellten Einspritzzeit wird der Schieber 33 durch den Hydraulikzylinder 37 wieder in die untere Schließstellung überführt. Dabei werden die Eintrittsöffnungen 3 bzw. 4 abgedeckt und es. wird in der Mischkammer 2 vorhandenes Gemisch vollständig ausgestoßen. Während des Abdeckens der Eintrittsöffnungen 3 bzw. 4 beginnt sofort der Rücklauf der Kunststoffkomponenten über die nach wie vor freien Rücklaufkanäle 21, 23 bzw. 22, 24, so daß sich kein störender Druckstoß in den Zuleituneen aufbauen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Mischkopf für mindestens zwei miteinander reagierende Kunststoffkomporienten, mit einer Mischkammer, die mit an Zulaufkanäle angeschlossenen Eintrittsöffnungen für die Komponenten und mit einer Austrittsöffnung für das Gemisch versehen ist, mit einem formschlüssig in der Mischkammer angeordneten Schieber, der zwischen einer die Eintrittsöffnungen freigebenden Mischstellung und einer die Eintrittsöffnungen abdeckenden Schließstellung hin- und herbewegbar isc sowie mit Rücklaufkanälen für die Kunststoffkomponenten, wobei die Rücklaufkanäle im Bereich der Eintrittsöffnungen in die Zulaufkanäle einmünden und in Rücklaufrichtung bei jeder Stellung des Schiebers offen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor jeder Eintrittsöffnung (3; 4) eine Einspritzdüse (15; 16) sitzt, deren Düsenöffnung von einer sich an die Eintrittsöffnung (3; 4) anschließenden Kammer (19; 20) umgeben ist, in die der Rücklaufkanal (21,23; 22,24) einmündet

2. Mischkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche der Einspritzdüse (15; 16) mit von der Düsenöffnung ausgehenden, im wesentlichen radial verlaufenden Einkerbungen (38) versehen ist.