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Mischkopf
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Mischkopf zum Erzeugen eines
vorzugsweise chemisch reaktionsfähigen Gemisches aus mindestens zwei Kunststoffkomponenten
mit einer Mischkammer, die Eintrittsöffnungen für die einzelnen Kunststoffkomponenten
und eine Austrittsöffnung für das Kunststoffkomponenten-Gemisch besitzt, sowie mit
einem in der Mischkammer angeordneten querschnittsgleichen Steuerkolben, der aus
einer, die Eintrittsöffnungen offenlassenden, hinteren Stellung bis in den Bereich
der Austrittsöffnung, dabei die Eintrittsöffnungen gegenüber der Mischkammer gleichzeitig
absperrend, hin und her bewegbar ist.
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Bei einem bekannten Mischkopf dieser Art (DE-AS 20 07 935) öffnen
und schließen wechselweise und gleichzeitig die Eintrittsöffnungen für die einzelnen
KunststofRkomponenten, ohne daß besondere Steuerungsmittel für das öffnen und Schließen
vorgesehen werden müssen, da bei der hin-und hergehenden Bewegung des Steuerkolbens
die Eintrittsöffnungen Jeweils überfahren werden. Mit dem Gemischausstoß ist ferner
verbunden, die Reinigung der Mischkammerwandung von Gemischresten, die durch den
mit der Mischkammer querschnittsgleichen Steuerkolben beim Ausfahren entfernt werden.
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Die Komponentenvermischung in der zylindrischen Mischkammer wird wesentlich
durch die hohe Energie der aufeinandertreffenden Flüssigkeitsstrahlen beeinflußt.
Die Strömung der Komponenten in der Mischkammer ist Jedoch verhältnismäßig unruhig
und es tritt keine Beruhigung bis zum Austritt aus der Mischkammer ein. Aus diesem
Grund werden zum Füllen von Formen, um einen unruhigen, spritzenden Strahl zu verhindern,
d.h. diesen zu beruhigen, komplizierte Formangüsse verwendet, um den Austrittsstrahl
weich
in die Form überzuleiten. Diese Formangüsse oder Vorsatzelemente
werden aber nicht wie die Mischkammer durch den Steuerkolben gereinigt, so daß sie
ausgetauscht oder gesondert durch Lösungsmittel oder dergleichen von Gemischresten
befreit werden müssen. Hierdurch wird der Vorteil der Selbstreinigung der Mischkammer
durch den Steuerkolben zumindest zum Teil wieder zunichtegemacht. Zudem hat sich
die Vermischungsintensität als nicht ausreichend erwiesen, weshalb auch schon Nachvermischer
zwischen Mischkammer und Formhohlraum angeordnet wurden.
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Aus der DE-AS 20 65 841 ist weiterhin ein Mischkopf mit Steuerkolben
zwischen dem Bereich der Eintrittsöffnungen und der Austrittsöffnung bekannt, der
einen, in die Mischkammer quer vorschiebbaren Staukörper aufweist, um die Vermischungsqualität
über den Staudruck beeinflussen zu der Mischkammer austretenden Gemischstrom ein
ausreichend laminares, ruhiges Strömungsverhalten zu verleihen, um beim Einlaufen
in das Formwerkzeug eine geschlossene Fließfront zu erhalten.
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Eine andere Ausführungsform des Mischkopfes (DE-AS 23 27 269) besitzt
einen, sich unmittelbar an die Austrittsöffnung der Mischkammer anschließenden und
zur Form führenden Kanal, wobei der Kanal gegenüber der Mischkammer in einem rechten
Winkel umgelenkt ist. Der Kanal enthält einen Kolben, der zwischen einer die Austrittsöffnung
der Mischkammer freigebenden und einer den Kanal voll ausfüllenden Stellung verfahrbar
ist. Bei diesem Mischkopf erfolgt jedoch der Lauf des Steuerkolbens und die Bewegung
des Kolbens in dem Kanal unabhängig voneinander, was insbesondere eine aufwendige
Steuereinrichtung erfordert. Darüberhinaus ergibt sich durch die Umlenkung
um
900 ein stark vergrößertes Bauvolumen des Mischkopfes, wodurch die Handhabung durch
das Bedienungspersonal erschwert wird.
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Aufgabe der Erfindung war es, einen Mischkopf der eingangs genannten
Art zu schaffen, der über den ganzen Spritzzyklus eine konstant gute Vermischungsintensität
gewährleistet und beim Füllen in eine Form einen weichen Strahl ermöglicht, so daß
ein Spritzen vermieden wird. Darüberhinaus soll dem Bedienungspersonal die Handhabung
des Mischkopfes erleichtert werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe werden die Maßnahmen des Kennzeichens des
Anspruchs 1 vorgeschlagen.
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Erfindungsgemäß ist also eine bekannte Mischvorrichtung an einem Zylinderraum
mit vorzugsweise größerem Durchmesser angeordnet. Mischkammer und Zylinderraum verlaufen
parallel zueinander und sind über eine oder mehrere Austrittsöffnungen miteinander
verbunden. Hierdurch kann der Mischkopf so ausgelegt werden, daß die Forderung für
eine gute und innige Vermischung der Kunststoffkomponenten berücksichtigt wird,
d.h. die Eintrittsöffnungen können dicht beieinander liegen, so daß die Komponenten
mit hoher Energie aufeinandertreffen. Die in der Mischkammer gemischten Komponenten
treten dann in den Zylinderraum ein, wobei das Komponentengemisch während seines
Übertritts durch die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit nachvermischt wird. Der
Zylinderraum ist nach den Anforderungen für einen beruhigten Austrittsstrahl konstruiert.
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Durch den Mischkopf nach der Erfindung lassen sich verhältnismäßig
große Mengen in entsprechend kleinen Zeiteinheiten verarbeiten. Von Vorteil ist
ferner der geringe steuerungstechnische Aufwand für die Bewegung des Steuerkolbens
und des Ausstoßkolbens. Das zeitliche Zusammen-
wirken von Steuerkolben
und Ausstoßkolben wird mittels einer einzigen Steuereinrichtung, die elektrisch,
hydraulisch, mechanisch und/oder pneumatisch arbeitet, erreicht, wobei die Kolbenwege
im schnell bewegten Teil auf ein Mindestmaß reduziert werden können.
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Zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Mischkopfes ergeben
sich aus den Unteransprüchen 2 bis 13.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung anhand
eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigt Figur 1 den Mischkopf im Längsschnitt in Mischstellung des
Steuerkolbens, Figur 2 einen Schnitt durch den Mischkopf gemäß der Linie A-B in
Figur 1, Figur 3 einen Schnitt durch den Mischkopf gemäß der Linie C-D in Figur
1, Figur 4 den Mischkopf im Längsschnitt nach Figur 3, Jedoch in Schließstellung
(Rücklaufstellung) des Steuerkolbens, Figur 5 den Mischkopf mit Steuereinrichtung
vor Beginn bzw. nach Beendigung des Mischzyklus (Schließstellung), Figur 6 den Mischkopf
mit Steuereinrichtung in Mischstellung Figur 7 den Mischkopf mit Steuereinrichtung
in geschlossener Stellung des Steuerkolbens und in geöffneter Stellung des Ausstoßkolbens.
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Im wesentlichen besteht der Mischkopf aus eine Gehäuse 1, in dem verschiedene
Bohrungen ausgebildet sind. Eine zylindrische, am Boden verschlossene Bohrung 2
enthält den Steuerkolben 6 mit den Rücklaufnuten 8 und 9. Das untere Ende der Bohrung
2 bildet die Mischkammer 3. Eine im Durchmesser größere Bohrung 4 enthält den Ausstoßkolben
7.
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Die beiden Kolben, die auch gegeneinander versetzt angeordnet sein
können, sind an einer gemeinsamen Platte befestigt und über elne hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit
hin- und herbewegbar (in der Zeichnung nicht dargestellt) In die Mischkammer 3 rühren
zwei Eintrittsöffnungen 10 und 11 zur Zuführung von zwei Kunststoffkomponenten.
Aus dem Gehäuse führen zwei entsprechende Rücklaufbohrungen 12 und 13. In der in
Figur 4 gezeigten Stellung des Steuerkolbens 6 sind Jeweils die Eintrittsöffnung
10 mit der Rücklaufbohrung 12 und die Eintrittsöffnung 11 mit der Rücklaufbohrung
13 über Längsnuten 8 und 9 im Steuerkolben verbunden. Die durch Pumpen von Vorratsbehältern
kontinuierlich geförderten Kunststoffkomponenten strömen dabei durch die Längsnuten
zu den Vorratsbehältern zurück.
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Wenn nun eine Mischung erfolgen soll, werden die hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten
entsprechend betätigt. Zu Beginn des Mischzyklus nehmen der Steuerkolben 6 und der
Ausstoßkolben 7 die in Figur 5 gezeigte Stellung ein. Das durch die Oeffnung 20
in den Hydraulikzylinder 24 strömende Medium setzt den Kolben 7 in Bewegung0 Das
aus dem Hydraulikzylinder 24 verdrängte Medium strömt durch die Offnung 21 in den
Hydraulikzylinder 25 und verläßt diesen durch die Öffnung 23. Erreicht der Ausstoßkolben
7 seine obere Endstellung, so verschließt der zugehörige Hydraulikkolben, wie in
Figur 7 dargestellt, eine Öffnung 21. Das Medium muß nun durch die Öffnung 22 entweichen,
wodurch der Steuerkolben 6 in Bewegung gesetzt wird. Dabei kann
aufgrund
unterschiedlicher Querschnitte der Hydraulikzylinder 24 und 25 die Bewegung des
Steuerkolbens 6 bei konstanter Fördermenge der Hydraulik-Einheiten unterschiedlich
zur Geschwindigkeit des Ausstoßkolbens 7 sein. Darüberhinaus können die Geschwindigkeiten
der Kolben 6 und 7 während ihrer Bewegung selbstverständlich noch durch weitere
Maßnahmen, die die Menge des strömenden Mediums verändern, beeinflußt werden. Dabei
hat es sich als zweckmäßig erwiesen, insbesondere beim Überfahren der Eintrittsöffnungen
10, 11, den Kolben mit erhöhter Geschwindigkeit, z.B. durch hinzuschalten eines
Druckspeichers, zu bewegen, Danach nehmen der Steuerkolben 6 und der Ausstoßkolben
7 die in den Figuren 1 und 3 bzw. 7 gezeigte Stellung ein. Durch die Eintrittsöffnungen
10 und 11 treten Kunststoffkomponenten ein und vermischen sich in der zylindrischen
Mischkammer 3. Das entstandene Gemisch gelangt durch eine oder mehrere, in der Mantelfläche
der Mischkammer angebrachte Austrittsöffnungen 14 in den zur Mischkammer achsparallelen
Z-ylinderraum 5. Im Zylinderraum findet, bedingt durch die Abmessungsverhältnisse,
eine Beruhigung des Gemischstromes statt; das Kunststoffkomponenten-Gemisch gelangt
anschließend mit dem erwünschten ruhigen Strahl in ein Formwerkzeug.
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Beim Übertritt des Kunststoffkomponenten-Gemisches von der Mischkammer
3 in den Zylinderraum 5 ergibt sich eine Nachvermischung, die im wesentlichen von
der Ausbildung der Austrittsöffnungen 14 beeinflußt wird. Es hat sich insgesamt
als zweckmäßig erwiesen, die schlitzförmig oder kreisrund ausgebildeten Austrittsöffnungen
zum Zylinderraum hin zu erweitern. Ferner ist es möglich, in die Austrittsöffnungen
Drosselorgane 15, insbesondere verstellbare Drosselorgane einzusetzen (Figur 2),
wodurch der erwünschte Effekt der Nachvermischung gezielt eingestellt werden kann.
Als Drosselorgane kommen beispielsweise
seitlich einführbare Stifte
mit kreisförmigen, elliptischen oder polygonförmigen Querschnitten in Frage.
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Zur Beendigung des Mischvorgangs wird Druckflüssigkeit durch die
Öffnung 23 in den Hydraulikzylinder 25 geleitet, wodurch der Steuerkolben 6 von
der in Figur 6 gezeigten Stellung in die in Figur 7 gezeigte Stellung bewegt wird.
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Das durch den Steuerkolben bzw. durch den ihm zugeordneten Hydraulikkolben
aus dem Zylinder 25 verdrängte Medium strömt über die oeffnung 22 in den Zylinder
24 und verläßt diesen durch die Öffnung 20. Ist die in Figur 7 dargestellte Stellung
erreicht, wird die Öffnung 22 verschlossen.
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Dadurch wird das Medium über die Öffnung 21 in den Zylinder 24 geleitet,
wodurch sich der Ausstoßkolben 7 nun seinerseits in Bewegung setzt, bis die in Figur
5 dargestellte Schließstellung erreicht ist.
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Durch die zeitlich versetzte Bewegung des Steuerkolbens 6 und des
Ausstoßkolbens 7 wird das Kunststoffkomponentengemisch bis auf unbedeutende Reste
vollständig und beruhigt mit sehr guter Mischqualität ohne die Formteilqualität
störenden Vorlauf- oder Nachlaufeffekte in die Form eingetragen. Grundsätzlich läßt
es die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zu, daß verbleibende Gemischreste nach
Beendigung des Mischvorgangs durch ein nicht reagierendes flüssiges oder gasförmiges
Mittel verdrängt werden. Verbleibende Gemischreste können auch von einem Reinigungsschaber
16 ins Freie ausgetragen werden. Der Reinigungsschaber ist im Bewegungsweg des Steuerkolbens
unterhalb der Austrittsöffnungen angeordnet und senkrecht zum Steuerkolben verfahrbar.
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Weiterhin ist es möglich, bei dem erfindungsgemäßen Mischkopf zwischen
der Mischkammer 3 und dem Zylinderraum 5
p einen Flansch vorzusehen,
in dem die Austrittsöffnungen 14 enthalten sind.
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Grundsätzlich ist es auch denkbar, den Mischkopf mit zwei oder mehr
Mischkammern mit Steuerkolben auszurüsten, die dann entsprechend symmetrisch zu
dem Zylinderraum angeordnet werden.
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Zeichn.