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Beschreibung
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Mischkopf zur Verarbeitung von Polyurethan oder dergleichen.
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Die Erfindung betrifft einen Mischkopf zum Vermischen von wenigstens
zwei fließfähigen Materialkomponenten, insbesondere zur Verarbeitung von Polyurethan,
mit einer langgestreckten, insbesondere zylindrischen Mischkammer und einem in dieser
axial verschiebbaren Reinigungsstößel sowie mit in die Mischkammer eintretendenSteuerstößeln
mit Kanälen zur alternativen Zufuhr der betreffenden Materialkomponenten zu einer
in die Mischkammer mündenden Diise sowie in eine Rückflußleitung (Rezirkulationsstellung).
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Für die Herstellung von Formlingen aus Polyuretan in entsprechenden
Gießformen bedarf es der gründlichen, wirksamen Vermischung von zwei oder mehr fließfähigen
Materialkomponenten. An die Qua-
lität des Durchmischungseffektes
sind dabei hohe Anforderungen zustellen, ebenso wie an die Dosierung der jeweils
in der Mischkammer zusammengeführlen Chargen der Materialkomponenten. Nach der gründlichen
Durchmischung läuft das Gemisch unter Eigengewicht aus der Mischkammer aus bzw.
wird durch den Reinigungsstößel aus der Mischkammer herausgefördert Alternativ kann
der Mischkopf rauch an einen Gießkanal einer Gießform angesetzt werden.
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Bei einem bisher bekannten Mischkopf für die Verdrbeitung von Polyurethan
sind in einem blockförteigen Gehäuse mindestens zwei quer zur Mischkammer bzw. zur
Längsachse derselben gerichtete Steuerstößel vorgesehen. Diese können durch Drehung
um die eigene Längsachse in eine Position gebracht werden, in der eine als radiale
Bohrung ausgeführte Düse in die Mischkammer mündet. An diese Düse schließt in dem
Steuerstößel ein axial laufender Zuführungskanal an, der wiederum über eine radiale
Abzweigung mit einer Zuführungsleitung verbunden werden kann. Mit Hilfe des Steuerstößels
kann die Materialzufuhr auch alternativ unmittelbar an eine Rückführungsleitung
(Rezirkulationsleitung) angeschlossen werden, nämlich zwischen den Mischtakten.
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Mischköpfe der vorstehenden Ausführung sind in bezug auf den Durchmischungseffekt
durchaus wirksbm. Für gewisse Anwendungsbereiche hat sich jedoch der Mischkopf als
ZU volirninös erwiesen Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde,
(innen
Mischkopf fur die Vermischung und die Abförderung von flie,3fahigen Materialkomponenten
vorzuschlagen, der unter Beibehaltung eines ausreiclienden Durciimischungseffektes
und bei ausreichenden Leistungen kompakter gebaut ist und dadurch weniger Raum einnimmt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei dem erfindungsemäßen Mischkopf
die Steuerstößel unter einem spitzen Winkel (insbesondere etwa 45°) zur Längsachse
der Mischkammer in Ausström-Richtung der vermischten Materialkomponenten weisend
angeordnet.
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iese konstruktive Lösung hat einmal den Vorteil, (tdß der Mischkopf
bei vorgegebenen Mindestabmessungen der Steuerstößel in Längsrichtung geringere
Querabmessungen hat. Darüber hinaus können die Betätigungsorgane für die Steuerstößel,
insbesondere Druckmittelzylinder, an konstruktiv günstigerer Stelle angeordnet werden,
nämlich insbesondere achsparallel oder gar gleichachsig mit einem Druckmittelzylinder
zur Betätigung des Reinigungsstößels. Auch daraus ergibt sich eine beträchtliche
Materialeinsparung, mit der Folge, daß der Mischkopf insgesamt von schlankerer Bauart
ist.
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Das Gehäuse des Mischkopfes ist erfindungsgemäß als Gehäuseblock ausgebildet,
in dem Bohrungen zur Aufnahme der Steuerstößel sowie als Leitunellen für die Zu-
und Ableitung der Materialkomponenten angeordnet sind. Das Gehäuse ist in der geometrischen
Gestaltung an die konvergierende elativstellung der Steuerstößel angepaßt und in
einem
Teilbereich kegelstumpfförmig ausgebildet mit einer daran anschließenden zylindrischen
Nabe.
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Die Anordnung und Steuerung der Zuführungsleitung, der Rückführungsleitung
sowie von Längs- und Radialnuten im Steuerstößel wie auch im Gehäuse sind ebenfalles
in neuartiger Weise ausgebildet, derart, daß eine Rezirkulationsstellung im Niederdruckbereich
und eine Hochdruck-Rezirkulation alternativ einstellbar sind. Letztere ergibt sich
erfindungsgemäß durch Axialverschiebung des Steuerstößels in einer Stellung unmittelbar
vor bzw. nach der Mischstellung. Die Hochdruck-Rezirkulation bewirkt, daß das gesamte
Leitungssystem einschließlich der i Steuerstößel angeordneten radialen Düse mit
Material durchspült wird, welches in den Rücklauf zurückfließt.
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Weitere Einzelheiten werden nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Mischkopfes näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1: Den gesamten Mischkopf im Längs- bzw.
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Vertikalschnitt, stark vereinfacht, Fig. 2: einen Teil, nämlich eine
Seite des Mischkopfes im Längsschnitt als Einzelheit in vergrößertem Maßstab, Fig.
3: die Einzelheit gemäß Fig. 2 bei veränderter Relativstellung des Steuerstößels,
Iiq.
4: ebenfalls eine Ddrstellung entsprechend Fig. 2 rid 3 bei nochmals veränderter
RelativslelIung des Sleuerstößels.
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Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Mischkopf ist in erster
Linie für die Herstellung von Polyurethan, nämlich für die Vermischung von zwei
fließfähigen Materialkomponenten, bestimmt. Zu dem Mischkopf gehört ein Gehäuse
10, welches hier als Gehäuseblock ausgebildet ist. Mittig im Gehäuse erstreckt sich
eine im Querschnitt zylindrische Mischkammer 11, die zur Materialaustrittsseite
hin offen ist. In der Mischkammer 11 ist ein den Querschnitt derselben aus Zylinder,
hin- und herbeweg-Ixarer Reinigungsstößel 12 gelagert. Dieser hat einerseits die
Aufgabe, die rückwärtige Begrenzung der Mischkammer 11 in der Mischstellung (Fig.
1) zu bilden. Andererseits bewirkt der Reinigungsstößel 12 den Ausschub von (Rest-)
Material nach Beendigung eines Mischtaktes.
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Im Gehäuse 10 sind in entsprechenden Bohrungen unter einem spitzen
Winkel zur Längsmittelachse der Mischkammer 11 entsprechend der Anzahl der zu vermischenden
Mdterialkomponenten zwei Steuerstößel 13 und 14 axialversch bar gelagert. Diese
können beispielsweise unter einem Winkel von 45° zur Längsachse der Mischkammer
ii gerichtet sein, und zwar in Austrittsrichtung der vermischten Materialkomponenten
konvergierend. Die der Mischkammer 11 zugekehrten Enden der Steuerstößel 13 und
14 treten während der Mischstelluny (Fig. 1 und 4) in die Mischkammer 11 ein, also
in den Bereich vor dein Reinigungsstößel 12. In der anderen, zurückge-
zogenen
Endstellung (Fig. 2) schließen die mit entsprechend gewölbten Endflächen ausgebildeten
Steuerstößel 13, 14 bündig mit der Wandung der Mischkammer 11 ab, so daß der Reinigungsstößel
12 bis zur Mündung der Mischkammer 11 verschoben werden kann.
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Das Gehäuse 10 des Mischkopfes ist unter Anpassung an die Relativstellung
der Steuerstößel 13 und 14 mit einem im wesentlichen kegelstumpfförmigen Kopfstück
15 und einem daran anschließenden Zylinderteil 16 ausgebildet. Das erstgenannte
Kopfstück nimmt die Steuerstößel 13, 14 auf, während sich im Zylinderteil 16 - im
vorliegenden Fall achsparallel zur Mischkammer 11, eine Zuführungsleitung 17 und
eine Rückflußleitung 18 für die jeweilige Materialkomponente erstrecken. Diese vorgenannten
Leitungen 17, 18 sind demgemäß als Bohrungen im Gepause 10 ausgebildet.
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Die im Aufbau übereinstimmenden Steuerstößel 13 sind mit einer Düse
19 in Gestalt einer radial gerichteten Bohrung für die jeweilige Materialkomponente
versehen. Die Düse 19 ist mit Abstand von dem in die Mischkammer 11 eintretenden
Ende des Steuerstößels 13, 14 angeordnet und wird über einen axial geführten Düsenkanal
20 mit dem Material versorgt.
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Der Düsenkanal 20 wiederum ist über radial gerichtele Kanalabzweigungen
21 und 22 mit im vorliegenden Fall an zwei gegenüber liegenden Seiten des Steuerstößels
13, 14 angeordneten Längsnuten 23, 24 im Reinigungsstößel 13, 14 verbunden. Je nach
Stellung der Steuerstößel 13, 14 sind im Bereich dieser Längsnuten 23, 24 Ringnuten
25, 26 mit Abstand voneinander im Gehäuse 10, nämlich im Kopf-
l:ick
15, gebildet. An die Ringnut 25 schließt die Zitulirungsleitung 17 und dn die Ringnut
26 die Rückflußleiturlg 18 an. Die Länge der Längsnuten 23, 24 entspricht hier dem
Außenabstand der Ringnuten 25, 26 voneinander.
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In der Stellung der Steuerstößel 13, 14 gemäß Fig. 1 werden die Ringnuten
25, 26 unmittelbar durch die Längsnuten 23, 24 miteinander verbunden. Das durch
die ZuführungJ!^itung 17 ankommende Material wird unmittelbar über die Längsnuten
23, 24 in die Rückflußleitung 18 zurückgeführt (Rezirkulationsstellung) Die Zufuhr
von Material zur Mischkammer 11 ist unterbrochen.
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In der anderen Endstellung der Steuerstößel 13 und 14 (Fig. 4) sind
diese soweit in die Mischkammer 11 lii nein verschoben, daß sie mit geringem Abstand
voneinander liegen und dadurch innerhalb der Mischkammer 11 eine den Mischeffekt
begünstigende Querschnittsverengung bilden. Die Düse 19 mündet nunmehr in die Mischkammer
11. Des weiteren sind die Längsnuten 23, 24 vollständig aus dem Bereich der Ringnut
26 herausbewegt und dadurch von der Rückflußleitung abgekuppelt. Die Längsnuten
23, 24 befinden sich jedoch noch im Bereich der Ringnut 25 und stehen dadurch voll
mit der Zuführungsleitung 17 in Verbindung. Die Materialkomponente wird demnach
über die Längsnuten 23, 24 die Kanalabzweigingen 21, 22 und über den Düsenkanal
20 der Düse 19 zu und damit in die Mischkammer 11 eingeleitet.
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Der eintretende Materialstrahl ist aufgrund der Relativstellung der
Steuerstößel 13, 14 unter einem spitzen Winkel gegen die Ausströmrichtung ge-
richtet
Auch hierdurch wird der Mischeffekt erheblich vert,essert.
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Mit Abstand von den Ringnuten 25, 26 ist eine weitere, den Steuerstößel
13, 14 umgebende Ringnut 27 im Gehäuse lo gebildet. In diese mündet die Düse 19
während der Rezirkulationsstellung (Fig. 1). Des weiteren führt die Düse 19 in diese
Ringnut 27 während einer Zwischenstellung gemäß Fig.
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3. Diese ergibt sich durch die Axialverschiebungen der Steuerstößel
13 und 14 vor und nach einem Mischtakt. Sie kann aber erforderlichenfalls auch gesondert
eingestellt werden. Es handelt sich dabei um eine Rezirkulationsstellung besonderer
Art, nämlich mit Hochdruck. Die Materialkomponente wird in der beschriebenen Weise
durch die Düse 19 hindurchgeleitet, tritt in die Ringnut 27 ein und strömt über
einen Gegenkanal 28 in die Ringnut 26 und damit in die Rückflußleitung 18 zurück.
Der vorgenannte im Kopfstück 15 gebildete Gegenkanal 28 ist ebenso wie die Düse
19 und der Düsenkanal 20 mit erheblich kleinerem Strömungsquerschnitt ausgebildet
als etwa die Ringnuten 25 und 26 sowie die Leitungen 17 und 18. Dadurch kommen die
vorgenannten Kanäle nur während der Phase der Hochdruck-Zirkulation zur Wirkung.
In dieser Stellung wird das gesamte Kanalsystem, also einschließlich der Düse, unter
hohem Druck durchspült. Die vorgenannte Hocdruck-Zirkulation kann wegen der dabei
anfallenden Wärme nur für kurze Zeit durchgeführt werden. Die demgegenüber über
einen längeren ZeiLraum sich erstreckende Niederdruck-Rezirkulation unter Einschluß
der Zufüllrungsleitungen 17, Rückflußleitungen 1 sowie der Ringnuten 25 und 26 einschließlich
der Längsnltn 23 und 24 erfaßt einen sehr weiten Bereich des Kanalsystems unter
Reinigung desselben.
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Den Steuerstößeln 13, 14 können zur Betätigung jeweils gesonderte
Druckmittel, Zylinder oder sonstige Organe zugeordnet sein. Im vorliegenden Fall
ist schematisch ein Betätigungsgestänge 29 für beide Steuerstößel 13, 14 vorgesehen,
das die Bewegungen von einem gemeinsamen Druckmit-
lelzylin(Jer
überträgt. Das Betätigungsgestärlge 29 bestetit im vorliegenden Fall aus jedem Steuerstößel
13, 14 zugeordIleten Lenkern 35 und 36, die über eine dreieckförmige Ausgleictlslasche
37 mit dem Ende des Steuerstößels 13 bzw.
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14 verbunden sind, derart, daß mit Hilfe dieser Lenker 35, 36 gemeinsam
und gleichzeitig Axialbewegungen der Steuerstößel 13, 14 übertragen werden können.
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Eine weitere Besonderheit besteht darin, daß an den Mischkopf, nämlich
an das Gehäuse lo, ein Zylindergehäuse 30 angesetzt ist, welches einmal eine Zylinderkammer
31 für einen den Reinigungsstößel 12 beaufschlagenden Kolben 32 und in Axialrichtung
nachgeordnet eine weitere Zylinderkammer 33 für einen gemeinsamen Kolben 34 zur
Betätigung der Steuerstößel 13, 14 aufnimmt. Das Betätigungsgestänge 29 ist hier
nur sehr schematisch daryestellt.
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Schließlich ist der Mischkopf mit einem besonderen Tropfrauln 38 ausgestattet,
der zwischen dem Gehäuse lo und dem anschließenden Zylindergehäuse 30 gebildet ist.
Dieser Tropfraum 38, der im einzelnen nicht dargestellte, nach außen führende Bohrungen,
Öffnungen od. dgl. aufweist, nimmt kleine Materialmengen auf, die aus der Mischkammer
zwischen dem Reinigungsstößel 12 und der diesen umgebenden Wandung des Gehäuses
lo hindurchtritt.
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