DE3040922A1

DE3040922A1 - Hochdruck-mischkopf

Info

Publication number: DE3040922A1
Application number: DE19803040922
Authority: DE
Inventors: Vincent L. Seabrook Tex. Johnson; Kurt 8990 Lindau Moser
Original assignee: Admiral Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1980-10-30
Filing date: 1980-10-30
Publication date: 1982-05-19
Also published as: US4707339A; IT1144995B; JPS57105325A; IT8168389A0; US4418041A; DE3040922C2; GB2086747A; GB2086747B

Description

30. Ofxt. 1980

Beschreibung

He Erfindung betrifft einen Hochäruck-Miechkopf zum Vermischen von mindestens zwei reaktiven Eunststoffkomponenten und Verschäumen derselben mit einer Mischkammer, in die den Kunststoffkomponenten and einem Treibmittel zugeordnete Düsen munden, einem in der Mischkammer hin- und herverechiebbaren Dosierstempel sowie einem in einem sich etwa senkrecht zur Mischframmer erstreckenden, sich an diese anschlieεsenden Auslaufstück hin- u nd herverschiebbaren Reinigungsstempel.

Ein derartiger Mischkopf hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, da in der eigentlichen Mischkammer eine Art Vorvermischung bei hoher Vermischungsturbulenz stattfindet, während in dem sich an die Mischkammer anschliessenden Auslaufstück eine Ifaehvermischung bei etwas beruhigteren Strömungsverhältnissen erfolgt.

Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, einen solchen Mischkopf dahingehend zu verbessern, dass eine noch grössere Vermischungeturbulenz in der Mischkammer bei fast vollständiger Beruhigung der Strömung vor dem Austritt derselben aus dem Mischkopf bzw. Auslauf stück erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäBS dadurch gelöst, dass das Auslaufstück als Beruhigungszone grosser dimensioniert ist als die Mischkammer, und dass im Mischkammerauslass eine variierbare Drossel (ßeinigungsstempel; Drosselstempel) vorgesehen ist.

Durch diese Konstruktion werden die Vorteile der Vorvermischung in der Mischkammer bei hoher Vermischungsturbulenz und der Eachveraiechung bei beruhigter Strö-

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mung im Auslauf estück voll aufrechterhalten, wobei aber durch die minimal bemessenbare Mischkammer eine noch höhere Vermischungsturbulenz erzielbar ist. Diese extrem hohe Termiechungsturbulenz in der Mischkammer erfährt durch die Drossel am Mischkammerauslass eine starke Eeduzierung, so dass in den anschliessenden, grosser als die Mischkammer bemessenen Auslauf stück, eine nahezu vollständige Beruhigung der Strömung eintritt, wobei hierzu auch die grössere Bemessung des Auslauf Stücks beiträgt. Das Gemisch verlässt den Mischkopf so ruhig, dass ohne weiteres auch offen verschäumt (d. h. in eine offene Form hinein) werden kann.

Bei der erfindungsgemässen Lösung wird der beschriebene Effekt auch bei Veränderung des Einspritzdruckes durch die Komponentendüsen in einem grosser en Bereich erzielt.

Die hohe Vermischungsturbulenz, die erfindungsgemäss in der Mischkammer konzentriert wird, gewährleistet eine intensive Vermischung der zuerst mit den zuletzt eingespritzten Komponententeilchen. Dadurch ergibt sich der Vorteil einer absolut vor- und nachlauffreien Verarbeitung bzw. Verschäumun^, und zwar auch bei schwierigen Materialien und stark von 1:1 abweichenden Mischungsverhältnissen.

Zur Anpassung an verschiedene Materialien, Einspritzdrücken, etc, ist die Drossel erfindungsgemase variierbar, d. h. an die genannten Parameter anpassbar.

Eine besonders elegante Lösung der gestellten Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel durch das freie, dem Auslaufstück zugewandte Ende des Beinigungsßtempels gebildet int, dessen Euhestellung-Endanschlag variierbar ist, derart, dass das freie Ende des Heini-

gungsstempels mehr oder weniger von den Mischkammer" auslass freigibt.

Bei dieser Lösung sind zur Drosselung der Vermischungsturbulenz keine zusätzlichen Stenpel oder dgl. erforderlich. Der Beinigungseteapel übernimmt eine Doppelfunktion, nämlich das Beinigen des Auslaufstücks bowie die erwähnte Drosselung.

Der Beinigungsstempel umfasst vorzugsweise einen in einem Zylindergehäuse zweiseitig beaufschlagbaren Kolben, so dass er je nach Beaufschlagung dieses Kolbens in seine ausgefahrene Arbeitsstellung oder zurückgezogene, den Mischkammerauslass zumindest teilweise freigebende Buhestellung bewegbar ist. Der Buhestellung-Endanscnlag wird bei dieser Losung vorzugsweise durch einen in das Zylindergehäuse einschraubbaren Verstellkolben gebildet. Dieser Terstellkolben bildet zugleich die dem Auslasstück abgewandte Stirnseite des Zylindergehäuses.

Die Einschraubtiefe bzw. Lage des Verstellkolbens kann in einfacher Weise durch eine in dasselbe Gewinde im Zylindergehäuse einschraubbare Konterschraube oder eine in der Seitenwandung des Zylindergehäuses angeordnete Klemmschraube oder dgl. fixiert werden. Bei Veränderung der Lage des Verstellkolbens muss dann die Konterschraube oder Klemmschraube gelost werden.

Viii man eine Veränderung der Lage des Verstellkolbens während einer Produktionsperiode erreichen, schlieset ■an den Verstellkolben z. B. an einen Schrittmotor an. Damit lässt sich die Lage de:s Verstellkolbens während der Produktion verändern, z. B. wenn über eine entsprechende Einrichtung bei zwei Schüssen hi ptereinander unterschiedliche Ausstossmengen gefahren werden. Die

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Verstellung erfolgt zweckmässig automatisch, über die Maschinensteuerung.

Sie erfindungsgemäese Drossel kann auch, durch einen unabhängig von Seinigungßstempel unmittelbar vor oder in den Mischkaamerauslass kinein bewegbaren und auf diese Veiee den Querschnitt des Mischkammerauelaeses verengenden Drosselstempel gebildet werden. Biese Losung ist besonders dann vorteilhaft, wenn in Brosselstempel zugleich die in den Mischraum gerichtete ÜJreibmitteldüse angeordnet ist. Man erhält damit eine äusserst kompakte Lösung, bei der die Treibmitteldüse eine Doppel funktion übernimmt.

Vorzugsweise ist der Brosselstempel in Richtung der Mischkamsierlängsachee bewegbar und dem Mischkammerauslass gegenüberliegend im Auslaufstück des Mischkopf es angeordnet, wobei für den Fall, dass der Drosselstempel in den Mischkammer auslass einführbar ist, der aus sere Durchmesser des Brosselstempele kleiner ist als der Innendurchmesser der Mischkammer.

IJm die Drosselung an die oben erwähnten Parameter (Einspritzdruck, Art der eingespritzen Kunststoffkomponenten, etc.) anpassen zu können, ist der die Bewegung des Drosselstempels vor oder in den Mischkammerauslass hinein begrenzende Anschlag vorzugsweise stufenlos lagenveränderbar·

Die Veränderung der Wegstrecke des Drosselstempelβ kann jedoch auch durch. Austausch des Anschlages herbeigeführt werden.

Zur Euheetellung-ifcülagenkontrolle des Drosselstempels wirkt dieser vorteilfcafterweiee mit einem elektrischen Badschalter zusammen. Bas Gleiche gilt für die Buhe-

• * O

stellung-Endlagenkontrolle des oben erwähnten Reinigung wtempels .

Nachstellend werden bevorzugte Ausführung β formen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es neigen:

Fig. 1 bis 3 eine erste Aueführungsform eines Hochdruck-Mischkopfes im Schnitt mit unterschiedlichen Stellungen des Reinigungsstempels,

Fig. 4· eine zweite Ausführungsiorm eines Hochdruck-Mischkopfes mit sich in seiner Buhestellung befindlichen Reinigungsstempel, ebenfalls im Schnitt,

Fig. 5. bis 6 eine dritte Ausführungsform eines Hochdruck-Mischkopfes im Schnitt mit unterschiedlichen Stellungen des ReinigungsßteinpJLs, end Brosseistempels.

Es wird vorausgeschickt, dass in seitlichen Figuren gleiche Teile des Mischkopfes mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind.

Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Mischkopf weist eine sich horizontal erstreckende Mischkaamer 18 auf, in die vier Eunststoffkomponenten-Düsen 22 münden. In der Mischkammer 18 ist ein Dosierstempel 20 hin- und herverschiebbar angeordnet, wobei das in den Fig. 1 bis 3 linke ikide des Do eier Stempels einen in einem Zylindergehäuse 23 zwei-seitig beaufschlagbaren Kolben sum Antrieb des Doeierstempeis aufweist. Die Beaufschlagung des Dosierstenpel-Kolbens erfolgt über zwei in das Zylindergehäuse 23 mündende Hydraulik- oder dgl.-leitungen 19, 21. Die Mischkammer 18 mündet über einen Mischkammer auslass 26 in ein sich senkrecht zur Mischkammer 18 erstreckendes Auslaufstück 16, in dem

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•in Reinigungsstempel 12 hin- und herverschiebbar angeordnet ist. in dem den Auslauf stück 16 abgewandten Etade ieβ Reinigungsstempels 12 ist ebenfalls ein svei-eeitig beaufechlagbarer Kolben vorgesehen, der in «inen Zylindexgeha.use14 längsverschieblich gelagert ist. Sie Beaufschlagung des Reinigungsstempel-Kolbens erfolgt über in das Zylindergehause 14 Bündende Hydraulik- oder dgl.-leitungen 25, 26.

Das Auslaufstück 16 ist, wie die Hg. 1 bis 3 deutlich, erkennen lassen, etwas grosser dimensioniert als die Mischkammer 18; d. h. der freie Querschnitt des Auslaufstückes 16 ist grosser als der freie Querschnitt der Mischkammer 18. Gegenüber dem Mischkammerauslass 26 mündet in das Auslauf stück 16 eine !!!reibmittel düse 24.

In Pig. 1 befindet sich der Dosierstempel 20 in seiner Ausstosstellung und der Reinigungsstempel 12 in seiner ausgefahrenen Arbeitsstellung. In dieser Stellung schliesst das freie Ende des Seinigungsstempels mit der Stirnseite des AuslaufStücks 16 bündig ab. Dadurch ist gewährleistet, dass durch den Reinigungsstempel sämtliche Bückstände aus dem Auslauf stück 16 herausge schoben werden.

In Fig. 2 befinden sich sowohl der Dosieretempel 20 als auch der Reinigungestempel 12 jeweils in ihrer Ruhestellung. Die Ruhestellung des Reinigungsstempels 12 wird durch einen in das Zylindergehause 14 einschraubbaren Verstellkolben 28 begrenzt. Der Verstellkolben 28 bildet zugleich die dem Auslaufstück 16 gegenüberliegend angeordnete Stirnseite des Zylindergehäuses 14, wobei Si<i Abdichtung des Zylinderraums gegenüber derOagebong durch einen ι wischen der Innenseite der SeitenwandUTig des Zylindergehause β 14 und

tem Verstellkolben 28 angeordneten Dicht ring 38 (0-Eing) erfolgt.

Der Veretellkolben 28 ist, wie ein Vergleich der Pig. 2 mit fig. 3 erkennen lasst, verschieden weit in das Zylindergehäose 14 einsckraubbar. Entsprechend lasst sich, die Ruhestellung des Reinigungsstempels 12 variieren. In Fig. 2 ist der Veretellkolben 28 so weit in das Zylindergehäuse 14 eingeschraubt, dass das freie Ende des ReiniguagsStempels 12 in der Ruhestellung bzw. vollkommen zurückgezogenen Stellung den Mischkammerauslass 26 vollkommen freigibt.

In fig. 3 ist der Verstellkolben 28 jedoch etwas weiter in das Zylindergehäuse 14 eingeschraubt, so dass das freie Ende des Reinigungsstempels 12 in seiner Ruhestellung nur noch einen Teil des Mischkammerauslasses 26 freigibt. Dadurch erfolgt beim Austritt der in der Mischkammer 18 vermischten Kunst Stoffkomponenten eine Drosselung, die zu einer erheblichen Reduzierung der Vermischungsturbulenz führt. Bei der Ausführungsform gemäss den Fig. 1 bis 3 muss natürlich darauf geachtet werden, dass der Verstellkolben 28 nicht zu weit in das Zylindergehause 14 eingeschraubt wird, da dann die Gefahr besteht, dass das freie Bade des Reinigungsstempels in der Ruhestellung die Treibmitteldüse 24 verschliesst.

Um dieser Gefahr zu begegnen, ist bei der Ausführungsform gemäss Pig. 4 die Sreibmitteldüse 24 etwas nach unten, d. h. in Sichtung zur Austrittsöffnung des Auslaufstückes 16 hin versetzt. Ia übrigen ist die Aasführungsform gemäss Fig. 4 sowohl in Konstruktion als auch in funktion mit dem Mischkopf 10 gemäss den Fig. 1 bis 3 identisch.

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-lila Verstelllcolben 28 ist noch ein Sidlagenschalter 31 angeordnet, der zur Endlagenkontrolle des fieinigungsstempel8 12 dient. Der fiidlagenschalter 3I, der nicht Gegenstand der -vorliegenden Erfindung ist, umfasst einen Bit dem Kolben des Reinigungsstempels 12 zusammenwirkenden Schaltstift 30, der gegen den Druck einer Druckfeder 32 durch den Kolben des Reinigungsstempels 12 nach oben bewegbar ist und mit einem elektrischen Enätaster zusammenwirkt, der über eine elektrische Leitung mit einer entsprechenden Steuereinrichtung der Gesamtanlage verbunden ist.

Durch den Endschalter 31 wird eine exakte Auslösung der ßchäumzeit und exakte Steuerung des Dosierstempeis erreicht.

In den fig. 1 bis 4 ist der Verstellkolben 28 manuell verstellbar. Die Lage des Verstellkolbens lässt sich in einfacher Weise durch eine nicht dargestellte Konterschraube oder dgl. fixieren.

Um eine Veränderung während der Produktion zu erreichen, kann der Verstellkolben 28 auch mit einem Schrittantrieb gekoppelt sein. Dadurch wird die Bedienung der Gesamt anlage erheblich vereinfacht.

Bei der Ausführungsform in den Fig. 5 bis 7 erfolgt die Drosselung am MLschkammerauslase 26 nicht durch den Reinigungestempel 12, sondern durch einen gesonder ten Drο s seistempel 40, der gegenüber dem Mischkammer- auslass 26 angeordnet und in Richtung der Hischkammerlängsachse hin- und herverschiebbar im Mischkopf 10 gelagert ist. Bei der Ausführungsform gemäss den Fig. 5 bis 7 ist derDrosselfltempel 40 bis kurz vor den

Hischkemmerauslass 26 bewegbar. Dadurch erfolgt eine

Verengung des freien Querschnitte des Mischkammerauslasees 26 und dementsprechend die geforderte Drosselung der aas der Mischkammer austretenden Gemischetromung.
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Der Antrieb desDrosselstempels 40 erfolgt durch einen Kit diesem verbundenen Kolben 42, der in einem entsprechenden Zylinder gehaase 43 längsverschieblich gelagert und von zwei Seiten beaufschlagbar ist. He Beaufschlagung des Kolbens 42 erfolgt über in den Zylinder 43 mündende Hydraulik- oder dgl. -leitungen 47, 49.

Bewegung des Drosselstempele 40 vor dem Mischkam-Her auslas s 26 der Mischkammer 18 wird durch einen Anschlag 44 begrenzt. Der Anschlag 44 befindet sich an dem aas dem Zylindergehäuse 43 herausragenden Seil einer mit dem Kolben 42 an der dem Drosselstempel 40 gegenüberliegenden Seite verbundenen Kolbenstange 51* Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 5 bis 7 wird der Anschlag durch zwei auf den aas dem Zylindergehäuse 43 herausragenden Teil der Kolbenstange 51 aufschraubbare Kontermuttern gebildet. Der Anschlag 44 und der aas dem Zylindergehäuse 43 herausragende Teil der Kolbenstange 51 befindet sich in einem verlängerten Abschnitt des Zylindergehäuses 43, der durch einen Stirndeckel 54 verschliessbar ist. Zur Änderung der Lage des Anschlages 44 braucht dann nur der Deckel 54 entfernt zu werden» Die Veränderung der Lage des Anschlages 44 und damit der Wegstrecke des Drossel-Stempels 40 lässt sich also in äusserst einfacher Weise durchführen.

Bei dem Aasführungsbeispiel gemäss den fig. 5 bis 7 enthält der Drosselstempel 40 zugleich eine Treikait-

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te1düse 41, Al· in ten Mischraum 18 gerichtet ist (Fig. 6).

Bei der Ausführungsform genäse Pig. 6 wirkt der aus dem Zylindergehäuse 43 herausragende Seil der Kolbenstange 51 Kit einem abschalter 45 zusammen, der ebenso vie der Endschalter 31 aufgebaut ist. Der Endschalter 45 weist einen Schaltstift 46 auf, der entgegen der Wirkung einer Druckfeder 43 in fig. 6 durch die Solbenstange 51 nach rechts verschiebbar ist, wodurch ein elektrischer Eadtaster 50 betätigt wird. Der Badtaster 50 ist über eine elektrische Leitung mit der elektrischen Steueranlage der Gesamtvorrichtung verbunden.

Der Endschalter 45 ist in Fig. 6 an der Aussenseite des Deckels 54 befeetigt, wobei der Schaltstift 45 sich durch eine entsprechende Bohrung im Deckel 54 hindurcherstreckt.

Da bei der Aueführungsform gemäss den Hg. 5 bis 7 die Drosselung allein durch den Drosselstempel 40 und nicht durch den Eeinigungsstempel 12 erfolgt, ist der im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 4 beschriebene 7er stellkolben 28 entbehrlich.

Der Anschlag 44 für die Wegbegrenzung des Dross eist empels 40 kann auch so ausgebildet sein, dass er mittels eines Schraubenziehers oder dgl. durch eine entsprechende Öffnung im Deckel 54 hindurch ohne Entfernung des selben von aussen einstellbar bzw. lagenveränderbar ist.

Der Endschalter 45 ermöglicht eine Badlagenkontrolle des Drosseletempels 40, so dass »ine Kollision des Drossel stempeis 40 Kit dem Beinigungsstempel 12 ausgeschlossen ist.

Das Aus- und Einfahren des Brosselstesrpels 40 kann mit den automatisch·]! öffnen und Behlieesen des Treibmittelzulaufe durch die freibsitteldüse 41 rer~ bonden sein.

Sämtliche in den Unterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einsein oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

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Claims

Hochdruck-Mi schkopf

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Patent an spräche

Hochäruck-Mischkopf zum Vermischen von mindestens zwei reaktiven Kunststoffkomponenten und Verschäumen derselben mit einer Mischkammer, in die den Kunststoffkomponenten und einem treibmittel zugeordnete Düsen münden, einem in der Mischkammer hin- und herverschiebbaren Dosierstempel sowie einem in einem sich etwa senkrecht zur Mischkammer erstreckenden, sich an diese anschliessenden Auslaufstuck hin- und herverschiebbaren Beinigungsstempel, dadurch gekennzeichnet dass das Auslaufstück (16) als Beruhigungszone grosser dimensioniert ist als die Mischkammer (18), und dass im Mischkammerauslass (26) eine variierbare Drossel

(Reinigungsstempel 12; Brosselstempel 40) vorgesehen 1st.
2. Hochdruck-Mischkopf nach. Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daes die drossel durch das freie, dem Auslaufstück (16) zugewandte Ende des Reinigungsstempels (12) gebildet ist, dessen Buhestellung-Endanschlag (28) variierbar ist, derart, dass das freie Sode des Beinigungsstempels (12) mehr oder weniger von dem Mischkammerauslass (26) freigibt.
3· Hochdruck-Mischkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Ruhestellung-Endanschlags (28) während der Produktionsperiode ohne Unterbrechung derselben durch einen Schrittantrieb oder dgl. veränderbar ist.
4. Hochdruck-Mischkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ruhe stell ung-Endanschlag (28) ein in das den Reinigungsstempel

(12) aufnehmende Zylindergehäuse (14) einschraubbarer Verstellkolben ist.
5. Hochdruck-Mischkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Verstellkolben (28) ein mit

dem Reinigungestempel (12) zusammenwirkender elektrischer Endschalter (31) zur Peststellung der Ruhestellung des Reinigungsstempels (12) angeordnet ist.
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6. Höchdruck-Mischkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Drossel ein unabhängig vom Reinigungsstempel unmittelbar vor oder in den Mischkammer auslass (26) hinein bewegbarer und auf diese Weise den Querschnitt des Mischkammerauslasses verengender !trosse!stempel (40) dient.

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7· Hochdruck-Miechkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselstempel (40) in Richtung der Mischkammerlang sach.Be bewegbar und dem Mischkammer auslass (26) gegenüberliegend im Auslaufstück (16) des Mischkopfes (10) angeordnet ist, wobei für den !Fall, dass der Drossel stempel (40) in den Mischkammer auslas ε (26) einführbar ist, der äussere Durchmesser des Drosselstempels (40) kleiner ist als der Innendurchmesser der Mischkammer (18).
8. Hochdruck-Miechkopf nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselstempel (40) die Treibmitteldüse (41) enthält.
9. Hochdruck-Mischkopf nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Drosselstempels (40) vor oder in den Mischkammer auslass (26) hinein durch einen Anschlag (44) begrenzt ist.
10. Hochdruck-Mischkopf nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass der Ansc'ilag (44-) austauschbar und damit die Wegstrecke des Drossel stempeis (40) veränderbar ist.
11. Hochdrttck-Mischkopf nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (44) auf den Drosselstempel (40) aufschraubbar und eomit von aussen her stufenlos lagenveränderbar ist.
12. Hochdruck-Mischkopf nach eine» der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ruhestellung des Drosselstespslp (40) durch einen mit diesem zusammenwirkendes, elektrischen Endschalter (45) registrier bar ist.