DE3326961A1 - Nukleierungs-vorrichtung - Google Patents
Nukleierungs-vorrichtungInfo
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Description
Polyrim Manufacturing Limited
Maple, Ontario / Canada
Maple, Ontario / Canada
Nukleierungs-Vorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nukleieren eines flüssigen chemischen Bestandteils eines Reaktionsspritzgießsystems.
Es ist bekannt, Gas in einen flüssigen chemischen Bestandteil eines Reaktionsspritzgießsystems zu injizieren.
Ein derartiges Verfahren ist allgemein als Nukleie-
rung bzw. Kristallisationskeimbildung bekannt. Eine derartige Nukleierung ist erforderlich, um das Füllen
einer Gießform durch den Gießbestandteil zu verbessern, wodurch die Qualität des gegossenen Produkts, wie einheitliche
Dichte und Oberflächenqualität verbessert wer-
den.
Um hochqualitative Gießprodukte herzustellen, ist es wünschenswert, das Nukleierungsgas in den flüssigen chemischen
Bestandteil in einer Weise einzuführen, die ein gründliches Durchmischen des Gases mit der Flüssigkeit
gewährleistet. Es ist ebenfalls erforderlich, das Ausmaß der Nukleierung in dem Bestandteil auf einen vorbestimmten
Wert zu steuern, der von der Natur des zu vergießenden Produkts abhängig ist. Somit ist es erforderlich, sowohl
das Ausmaß der Nukleierung zu messen, als auch das Ausmaß der Nukleierung zu steuern, um zu zeigen, daß der vorbestimmte
Wert eingehalten wird.
Es sind verschiedene Versuche unternommen worden, um eine Nukleierungs-Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die
den oben genannten Kriterien genügt. Jedoch war eine bekannte Vorrichtung nicht im gewünschten Maße effektiv
bei derzeitigen Reaktionsspritzgießsystemen, insbesondere bei Verwendung von Füllstoffen in dem nukleierten flüssigen
chemischen Bestandteil.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine verbesserte Nukleierungs-Vorrichtung, welche die oben genannten Probleme
überwindet, zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäß umfaßt die Nukleierungs-Vorrichtung einen
Tank, eine Vorrichtung für die Zuführung des flüssigen chemischen Bestandteils zum Tank, eine Vorrichtung für
die Zuführung eines relativ inerten Gases zum Tank, um eine Gasdecke über dem flüssigen chemischen Bestandteil
ou zu bilden, eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung des
Druckes der Gasdecke bei einem vorbestimmten Wert, eine Rezirkulationsleitung zum Leiten des flüssigen chemischen
Bestandteils vom Tank zu einem gesteuerten Auslaß und zur Rückführung des flüssiaen chemischen Bestandteils, der nicht
durch den gesteuerten Auslaß zum Tank geführt wurde, und eine Vorrichtung zur Einführung eines Nukleierungs-
: <:..: I .. ■ · 3325961
gases in den flüssigen chemischen Bestandteil in der Rezirkulationsleitung,
wobei die Vorrichtung zur Einführung des Nukleierungsgases eine Mischvorrichtung aufweist,
durch welche der flüssige chemische Bestandteil in der Rezirkulationsleitung fließt, und die Mischvorrichtung
das Nukleierungsgas in den flüssigen chemischen Bestandteil in Fließrichtung des flüssigen chemischen Bestandteils
einleitet.
Es wurde gefunden, daß die Nukleierungs-Vorrichtung mit der zuvor genannten Merkfnalskombination einen qualitativ
gut nukleierten flüssigen chemischen Bestandteil mit einem zufriedenstellend'aufrechterhaltenen vorbestimmten Nukleierungs-Niveau
zur Verfügung stellt.
Die Mischvorrichtung kann eine Öffnung, durch welche der flüssige chemische Bestandteil hindurchtritt, und eine
Düse in der Öffnung, durch welche das Nukleierungsgas in den flüssigen chemischen Bestandteil, der durch die
Öffnung passiert, ausgelassen wird, enthalten.
Die Mischvorrichtung kann ein erstes hohles röhrenförmiges
Teil mit der Öffnung an einem Ende und worin der flüssige chemische Bestandteil vor dem Durchtritt durch die Öffnung
hineinfließt, und ein zweites hohles röhrenförmiges Teil
innerhalb des ersten hohlen röhrenförmigen Teils und mit
der Düse an einem Ende, durch welches das Nukleierungsgas vor dessen Auslaß aus der Düse passiert, aufweisen.
Die Fließrichtung des flüssigen chemischen Bestandteils durch die Öffnung des ersten hohlen röhrenförmigen Teils
kann im wesentlichen rechtwinklig zur Fließrichtung des flüssigen chemischen Bestandteils in das erste hohle röhrenförmige Teil hinein verlaufen, wobei das Nukleierungs-
gas einen im wesentlichen linearen Weg in das zweite hohle röhrenförmige Teil und durch dessen Düse verfolgt.
Die Nukleierungs-Vorrichtung kann ebenfalls eine Einrichtung zur Dichtemessung des nukleierten flüssigen chemischen
Bestandteils, und eine auf die gemessene Dichte ansprechende Vorrichtung zur Steuerung des Flusses des
Nukleierungsgases in das Gemisch, um die Dichte auf einem vorbestimmten Wert zu halten, umfassen.
Die Vorrichtung zur Steuerung des Nukleierungsgas-Flusses kann das Fließen des Nukleierungsgases in die Mischvorrichtung
bei einer Geschwindigkeit steuern, die der Differenz zwischen der gemessenen Dichte und der erforderlichen
vorbestimmten Dichte proportional ist.
Die Einrichtung zur Dichtemessung des nukleierten fltissigen chemischen Bestandteils kann eine sekundäre Rezirkulationsleitung
und eine Dichtemessungsvorrichtung umfassen, wobei die sekundäre Rezirkulationsleitung den nukleierten
flüssigen chemischen Bestandteil vom Tank an der Dichtemessungs-Vorrichtung
vorbei und zum Tank zurück zirkuliert, wobei die Dichtemessungs-Vorrichtung eine jf-Strahlenquelle
enthält, aus der 'f-Strahlen durch den nukleierten flüssigen
chemischen Bestandteil in der sekundären Rezirkulationsleitung hindurchtreten und eine auf 'y-Strahlen,
die durch den nukleierten flüssigen chemischen Bestandteil ■" getreten sind, ansprechende Einrichtung.
Die Mischvorrichtung kann in der Rezirkulationsleitung angeordnet sein, um Nukleierungsgas in den flüssigen
chemischen Bestandteil einzubringen, wenn der flüssige
chemische Bestandteil vom gesteuerten Auslaß zum Tank zurückkehrt.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform wird nun anhand
eines Beispiels unter Bezugnahme auf die anliegenden 35
Zeichnungen beschrieben:
Figur 1 ist ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung
zur Nukleierung eines flüssigen chemischen Bestandteils eines Reaktionsspritzgießsystems,
und
Figur 2 ist eine vergrößerte Ansicht, teilweise im Schnitt dargestellt, einer Mischvorrichtung
der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen liefert die gezeigte Nukleierungs-Vorrichtung einen nukleierten flüssigen
Polyol-Bestandteil für ein Polyurethan-Gießsystem zur Herstellung von Polyurethan-Stirnseiten (fascia) für Automobile,
wobei der andere Bestandteil des Systems ein flüssiger Isocyanat-Bestandteil ist.
Der flüssige Polyol-Bestandteil wird in einen Haltetank 10 durch eine Zuführleitung 12 am oberen Ende des Tanks
derart eingeführt, um ein vorbestimmtes Flüssigkeitsniveau im Tank 10 beizubehalten, wobei das vorbestimmte Flüssigkeitsniveau
automatisch in bekannter Weise durch eine auf das Niveau ansprechende Vorrichtung gesteuert wird,
die ein Einlaßventil (nicht dargestellt) in der Einlaßleitung 12 regelt. Ebenfalls in bekannter Weise enthält
der Tank 10 eine Rührvorrichtung 14, die von einem Motor mit variabler Geschwindigkeit 16 anaetrieben wird.
Der Raum im Tank 10 oberhalb des flüssigen Polyol-Bestandteils
ist. mit einer Gasdecke gefüllt, die hinsichtlich
ow des Polyol-Bestandteils inert ist, z.B. trockene Luft
oder Stickstoff. Das Deckgas tritt in den Tank 10 am Kopfende durch eine Einlaßleitung 18 ein, die einen
elektronischen Druck-Regulator 20 umfaßt, der vorgesehen ist, um den Deckgas-Druck in dem Tank 10 auf einem vorbe-
stimmten Wert im Bereich von etwa 345 bis etwa 380 kPa (etwa 50 bis etwa 55 psi) zu halten, indem weiteres Gas
in den Tank eingelassen wird, wenn der Deckgas-Druck unter einen vorbestimmten Wert abfällt. Dieser Druck
unterstützt die Aufrechterhaltung des gewünschten Nukleierungs-Niveaus
in dem Polyol-Bestandteil. Ein Druckentlastungsventil 21 ist am Kopfende des Tanks 10 angeordnet,
um den Deckgas-Druck nachzulassen, wenn aus Irgendeinem
Grund der Druck auf einen Wert oberhalb von 380 kPa (55 psi) ansteigt.
Eine Rezirkulationsleitung umfaßt eine Auslaßleitung 22, welche eine Pumpe 24 enthält, die den Polyol-Bestandteil
vom Boden des Tanks 10 zu einem gesteuerten Auslaß in der Form eines Meßzylinders 26 von bekannter Art pumpt,
durch den der Polyol-Bestandteil einer Form (nicht dargestellt) zugeführt wird. Der nicht durch den Meßzylinder
26 der Form zugeführte Polyol-Bestandteil wird durch eine Leitung 28 zum oberen Teil des Tanks 10 rückgeführt. Nach
dem Verlassen des Meßzylinders 26 läuft der Polyol-Bestandteil, der durch die Leitung 28 zurückgeführt wird,
zuerst durch einen Wärmeaustauscher 30, der mit Wasserdampf oder einer anderen erhitzten Flüssigkeit versorgt
wird, um den Polyol-Bestandteil bei der gewünschten Temperatur, üblicherweise bei etwa 32°C, zu halten.
vom Wärmeaustauscher 3 0 durchläuft der Polyol-Bestandteil eine die Fließrichtung ändernde Mischvorrichtung 32, wo
ein Nukleierungsgas in den flüssigen Polyol-Bestandteil eingeführt wird, und der flüssige Polyol-Bestandteil wird
sodann durch eine in-line-Mischvorrichtung 33 bekannter Art geführt, in welcher das Nukleierungsgas und der
flüssige Polyol-Bestandteil einem weiteren Vermischen unterworfen werden, um zu gewährleisten, daß das frisch
zugeführte Nukleierungsgas und der flüssige Polyol-Bestandteil sorgfältig vermischt werden.
] Der die Fließrichtung ändernde Mischer 3 2 besitzt einen
schlüsselförraigen hohlen Hauptkörper 34 mit einem Einlau
36 für den Polyol-Bestandteil, der zu einer Bohrung 38
in dem Körper 34 führt, wobei die Bohrung 38 einen A\;sc
laß 40 für den Polyol-Bestandteil aufweist, der rechtwinklig zum Einlaß 36 angeordnet ist. Eine Gaseinlaß-Einlage
42 ist in dasjenige Ende des Hauptkörpers 34 hineingeschraubt, welches gegenüber dem Auslaß 40 liegt,
wobei die Gaseinlaß-Einlage 4 2 einen zentralen Durch-
IQ gang 44 besitzt, in den Nukleierungsgas in einer Weise
eingegeben wird, die nachstehend in größeren Einzelheiten beschrieben wird. Eine hohle zylindrische Vorrichtung
4 6 zur Änderung der Polyol-Richtung ist in der Bohrung 38 angeordnet und besitzt ein offenes Ende, welches
durch eine schraubenförmig geschnittene Verbindung zu der Gaseinlaß-Einlage 42 gesichert ist. Die Fließrichtungs-Änderungsvorrichtung
46 besitzt eine Reihe von Öffnungen 48 in ihrer Seitenwand 50, wobei die Seitenwand
50 räumlich von der inneren Oberfläche des hohlen Hauptkörpers 34 getrennt ist. Die Öffnungen 48 liegen
in einer Reihe (in line) mit dem Fluß des flüssigen Polyol-Bestandteils in die Mischvorrichtung 32 durch
den Einlaß 36. . ■
Ein hohles Düsenteil 52 ist in das innere Ende der Gaseintritts-Einlage
42 hineingeschraubt und besitzt eine' Düse 54. die sich in eine öffnung 56 in einer Innenendwand
58 der Fließrichtung-Änderungsvorrichtung 46 erstreckt, wobei eine kreisförmige Aussparung zwischen
der Düse 54 und der Wand der Öffnung 56 vorhanden ist.
Von der Öffnung 56 in Fließrichtung (downstream) schafft
die Endwand 58 einen sich nach außen erweiternden Durchgang
60, der zum Auslaß 40 führt. Die Betriebsweise des die Fließrichtung ändernden Mischers 32 wird nachfolgend
^5 beschrieben.
Die Nukleierungs-Vorrichtung besitzt auch eine sekundäre
Rezirkulationsleitung mit einer Pumpe 62, welche den
flüssigen Polyol-Bestandteil entlang einer Leitung 64 von einem unteren Teil des Tanks 10 und zurück zum Oberteil
des Tanks.10 pumpt. In Fließrichtung abwärts von der Pumpe 6 2 tritt die Leitung 64 durch eine Dichtemessungsvorrichtung,
die eine ^-Strahlenquelle 66 auf der einen Seite der Leitung 64 und einen Meßkopf 68 auf der entgegengesetzten
Seite der Leitung aufweist.
Die durch den Meßkopf 66 ermittelte "^'-Strahlen-Intensität,
das bedeutet die T^-Strahlen-Intensität nach Durchlauf
der T-Strahlen von der Quelle 66 durch den flüssigen
Polyol-Bestandteil in der Leitung 64,ist von der Dichte
des flüssigen Polyols in der Leitung 64 abhängig und ist demzufolge ein Maß des Nukleierungsniveaus, nämlich der
Menge an Nukleierungsgas in der flüssigen Polyol-Komponente.
Je höher das Nukleierungsniveau liegt, umso niedriger ist die Dichte und vice-versa. Eine geeignete T-Strahlenquelle
und eine Meßkopf-Einheit werden von der Firma Texas Nuclear Company hergestellt.
Ein elektrisches Dichtesignal vom Meßkopf 68 durchläuft einen Transmitter 70, der ein Signal an das Steuergerät
72 weiterleitet. Das Steuergerät 72 vergleicht das elektrische Dichtesignal mit einem vorgegebenen erforderlichen
Dichtewert, und erzeugt ein elektrisches Ablenkungssignal, welches zur Differenz zwischen dem Dichtesignal
und dem vorgegebenen erforderlichen Dichtewert proportional ist. Das elektrische Ablenksignal wird
sodann zu einem Meßwertwandler 74 geleitet, wo das elektrische Ablenksignal in ein entsprechendes pneumatisches
Ablenksignal umgewandelt wird. Das elektrische Ablenksignal liegt im Bereich von 4 bis 20 mA, und das
pneumatische Ablenksignal liegt im Bereich von etwa 20 bis 105 kPa (3 bis 15 psi).
Das pneumatische Ablenksignal wandert durch ein pneumatisch
betriebenes Gas-Steuergerät 76, welches in einer Leitung 78 mit einer Quelle von Nukleierungsgas, wie
trockener Luft oder Stickstoff, über ein Überwachungsventil 80 mit dem Lufteinlaß 44 des Mischers 3 2 verbunden
ist. Das pneumatische Ablenksignal veranlaßt die Steuervorrichtung 76 um einen proportionalen Betrag zum Signal
zu öffnen, so daß die Menge der zum Mischer 3 2 zugeführten Luft proportional zur Differenz zwischen der
tatsächlichen Dichte-des flüssigen Polyol-Bestandteils
in der sekundären Rezirkulationsleitung .64 und der erforderlichen Dichte, d.h. dem erforderlichen Nukleierungsniveau,
ist. Ein Aufzeichnungsgerät 8 2 ist mit dem Steuergerät 72 verbunden, um die Dichte- und Ablenksignale
aufzuzeichnen.
Beim Betrieb der Vorrichtung wird das Niveau des flüssigen Polyol-Bestandteils in dem Tank 10 auf einer vorgegebenen
Höhe, wie zuvor beschrieben, gehalten, und der Druck der Stickstoffdecke wird bei einem vorgegebenen
Wert durch den Druckregulator 20 und das Druckentlastungsventil 12 gehalten. Der flüssige Polyol-Bestandteil
wird kontinuierlich mittels der Pumpe 24 durch die Rezirkulationsleitung zirkuliert, wobei der flüssige
Polyol-Bestandteil vom Meßzylinder 26 zur Form von Zeit zu Zeit nach Bedarf zugeführt wird.
Der flüssige Polyol-Bestandteil wird ebenfalls kontinuierlich
mittels der Pumpe 6 2 durch die sekundäre
Rezirkulationsleitung umgeleitet, und seine Dichte wird durch das f'Strahlen-Dichtemessungsgerät 66/ 68 gemessen.
Die Abweichung von der erforderlichen Dichte, d.h. von dem erforderlichen Nukleierungsniveau, wird abgegriffen
und durch eine Steuervorrichtung 72 wird eine
entsprechende Menge an Luft, die der Abweichung der tatsächlichen Dichte von einer erforderlichen Dichte
proportional ist, in die Mischvorrichtung 3 2 eingegeben.
Der flüssige Polyol-Bestandteil, der die Mischvorrichtung 32 durchläuft, tritt durch den Einlaß 36 ein und
der größte Teil des flüssigen Polyol-Bestandteils tritt
durch die Öffnungen 48 in das Innere der Fließrichtungs-Änderungsvorrichtung
46 und durch die öffnung 56 in der Endwand 58 zum Auslaß 40. Die Luft tritt in die Mischvorrichtung
3 2 durch den Durchfluß 4 4 und wird durch die Düse 54 geleitet, wodurch die Luft in den flüssigen
Polyol-Bestandteil eingeführt wird, wenn er durch die Öffnung 50 tritt. Ein intensives Vermischen der Luft
mit dem flüssigen Polyol-Bestandteil wird dadurch erreicht. Weiteres Vermischen wird ebenfalls durch den
in-line-Mischer 33 und durch die Rührvorrichtung 14 in dem Tank 10 durchgeführt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders geeignet in Fällen, in denen der flüssige Polyol-Bestandteil
von relativ hoher Dichte und/oder hoher Viskosität ist, wie in dem Fall, wenn ein Füllstoff umfaßt wird. Die
Vorrichtung kann auch zur Steuerung der Nukleierung des flüssigen Isocyänat-Bestandteils des Reaktionsspritzgießsystems
verwendet werden.
- 4S-
Leerseite
Claims (7)
- PATENTANWÄLTE Dr. rer. nat. DIETER LOUIS Dipl.-Phys. CLAUS PÖHLAU Dipl.-lng. FRANZ LOHRENTZ Dlpl.-Phys.WOLFGANG SEGETH KESSLERPLATZ 1 NÜRNBERG 20POLYRIM MANUFACTURING LIMITED, Basaltic Road, Maple, Ontario ./ CanadaNukleierungs-Vorrichtung 20Patentansprüchei1.j Vorrichtung zum Nukleieren eines flüssigen chemisehen Bestandteils eines Reaktionsspritzgießsystems, gekennzeichnet durch einen Tank, eine Vorrichtung für die Zuführung des flüssigen chemischen Bestandteils zum Tank, eine Vorrichtung für die Zuführung eines relativ inerten Gases zum Tank, um eine Gasdecke über dem flüssigen chemischen Bestandteil zu bilden, eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung des Druckes der Gasdecke bei einem vorbestimmten Wert, eine Rezxrkulationsleitung zum Leiten des flüssigen chemischen Bestandteils vom Tank zu einem gesteuerten Auslaß und zur Rückführung des flüssigen chemischen Bestandteils, der nicht durch den gesteuer-• ten Auslaß zum Tank geführt wurde, und eine Vorrichtung zur Einführung eines Nukleierungsgases in den flüssigen chemischen Bestandteil in der Rezirkulationsleitung, wobei die Vorrichtung zur Einführung des Nukleierungsgases eine Mischvorrichtung aufweist, durch welche der flüssige chemische Bestandteil in der Rezirkulationsleitung fließt, und die Mischvorrichtung das Nukleierungsgas in den flüssigen chemischen Bestandteil in Fließrichtung des flüssigen chemischen Bestandteils einleitet.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mischvorrichtung eine öffnung, durch welche der flüssige chemische Beständig teil hindurchtritt, und eine Düse in der Öffnung, durch welche Nukleierungsgas in den flüssigen chemischen Bestandteil, der durch die öffnung strömt, ausgelassen wird, besitzt.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung ein erstes hohles röhrenförmiges Teil mit der öffnung an einem Ende und worin der flüssige chemische Bestandteil vor dem Durchtritt durch die öffnung hin-ZJ einfließt, und ein zweites hohles röhrenförmiges Teil innerhalb des ersten hohlen röhrenförmigen Teils und mit der Düse an einem Ende, durch welches das Nukleierungsgas vor dessen Auslaß aus der Düse passiert, aufweist.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Fließrichtung des flüssigen chemischen Bestandteils durch die öffnung desersten hohlen röhrenförmigen Teils im wesentlichen 35rechtwinklig zur Fließrichtung des flüssigen chemischen Bestandteils in das erste hohle röhrenförmigeTeil verläuft, und das Nukleierungsgas einen im wesentlichen linearen Weg in das zweite hohle röhrenförmige Teil und durch dessen Düse verfolgt.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Einrichtung zur Dichtemessung des nukleierten flüssigen chemischen Bestandteils, und eine auf die gemessene Dichte ansprechende Vorrichtung zur Steuerung des Flusses des Nukleierungsgases in das Gemisch, um die Dichte auf einem vorbestimmten Wert zu halten, umfaßt.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung zur Steuerung des Nukleierungsgas-Flusses das Fließen des Nukleierungsgases in die Mischvorrichtung bei einer Geschwindigkeit steuert, die der Differenz zwischen der gemessenen Dichte und der erforderlichen vorbestimmten Dichte proportional ist.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η ζ e i ch net, daß die Einrichtung zur Dichtemessung des nukleierten flüssigen chemischen Bestandteils eine sekundäre Rezirkulationsleitung und eine Dichtemessungsvorrichtung umfaßt, wobei die sekundäre Rezirkulationsleitung den nukleierten flüssigen chemischen Bestandteil vom Tank an der Dichtemessungsvorrichtung vorbei und zurück zum Tank zirkuliert, wobei die Dichtemessungsvorrichtung eine "f^-Strahlen-ou quelle enthält, aus der ^-Strahlen durch den nukleierten flüssigen chemischen Bestandteil in der sekundären Rezirkulationsleitung hindurchtreten und durch eine auf !"-Strahlen, die durch den nukleierten flüssigen chemischen Bestandteil getreten sind, ansprechende Einrichtung.Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung in der Rezirkulationsleitung angeordnet ist, um Nukleierungsgas in den flüssigen chemischen Bestandteil einzubringen, wenn der flüssige chemische Bestandteil vom gesteuerten Auslaß zum Tank zurückkehrt.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |