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Mehrstoffdüse zum Zusammenführen mindestens einer fließ-
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fähigen Zusatzkomponente mit mindestens zwei fließfähigen, Kunststoff,
insbesondere Schaumstoff bildenden Hauptkomponenten zum Zwecke des Einleitens der
Reaktion durch Vermischung Die ältere deutsche Patentanmeldung P 33 31 840.9 richtet
sich auf eine Mehrstoffdüse zum Zusammenführen mindestens zweier fließfähiger, Kunststoff,
insbesondere Schaumstoff bildender Reaktionskomponenten zum Zwecke des Einleitens
der Reaktion durch Vermischung, bestehend aus einem Gehäuse, in das Gehäuse führenden
Komponentenzuleitungen, einer im Gehäuse angeordneten Gehäusebohrung mit koaxialem
Auslaßkanal in ihrer Stirnfläche, mindestens einer in der Gehäusebohrung koaxial
geführten Nadelhülse, einer in der Nadelhülse koaxial geführten Düsennadel, einer
zwischen der Wandung der Gehäusebohrung und der Nadelhülse sowie einer zwischen
Nadelhülse und Düsennadel angeordneten Kammer, in welche je eine der Komponentenzuleitungen
einmündet, wobei während des Schließzustandes die Düsennadel mit der inneren Stirnfläche
der Nadelhülse und die äußere Stirnfläche der Nadelhülse mit der inneren Stirnfläche
der Gehäusebohrung Dichtsitze bilden, wohingegen
während des Offnungszustandes
die Düsennadel eine koaxiale Düsenöffnung der Nadelhülse freigibt, und zwischen
der äußeren Stirnfläche der Nadelhülse und der inneren Stirnfläche der Gehäusebohrung
eine Düsenöffnung gebildet ist und die Düsennadel mit einem koaxialen Zapfen versehen
ist, dessen Querschnittform und -größe derjenigen der Düsenöffnung der Nadelhülse
und derjenigen des Auslaßkanals angepaßt ist und welcher im Schließzustand den Auslaßkanal
bis zum Auslaß ausfüllt, und das sowohl der Düsennadel als auch der Nadelhülse an
ihrem anderen Ende eine Zwangssteuerung zugeordnet ist.
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Dabei wird die erste Komponente zentral zugeführt und für alle weiteren
Komponenten erfolgt die Zufuhr radial durch Ringspalte, welche zwischen dem als
Dichtfläche ausgebildeten Boden der Gehäusebohrung und den ebenfalls innen- und
außenseitig Dichtflächen aufweisenden Böden von konzentrischen Nadelhülsen in Offnungsstellung
gebildet sind. In Schließstellung bilden miteinander zusammenwirkende Dichtflächen
Dichtsitze.
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Bei dieser Ausführungsform der Mehrstoffdüse bedarf es, abgesehen
von der ersten Komponente, zum Zuführen jeder weiteren Komponente jeweils einer
weiteren Nadelhülse.
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Dies verursacht wegen der erforderlichen engen Toleranzen einen hohen
Herstellungsaufwand. Trotz sorgfältigster Fertigung ergibt sich erhöhte Leckagegefahr.
Da es aus den verschiedensten Gründen sinnvoll oder sogar erforderlich ist, zu den
beiden Hauptkomponenten z.B. Polyol und Isocyanat, Zusatzkomponenten wie Farbstoffe,
Be-
schleuniger, Verzögerer, brandhemmende Stoffe, möglichst unmittelbar
vor der Vermischung zuzugeben anstelle sie vorher den Hauptkomponenten beizumengen,
kann man auf Mehrstoffdüsen, welche die Zusammenführung von mehr als zwei Komponenten
erlauben, nicht verzichten.
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Es besteht die Aufgabe, die vorbeschriebene Mehrstoffdüse dahingehend
zu verbessern, daß sowohl der Fertigungsaufwand zur Herstellung der Mehrstoffdüse
als auch die erhöhte Leckagegefahr herabgesetzt werden.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Mehrstoffdüse zum Zusammenführen
mindestens einer fließfähigen Zusatzkomponente mit mindestens zwei fließfähigen,
Kunststoff, insbesondere Schaumstoff bildenden Hauptkomponenten zum Zwecke des Einleitens
der Reaktion durch Vermischung, bestehend aus einem Düsengehäuse, einer darin angeordneten
Führungsbohrung, welche einerseits durch eine sich zu einem axialen Auslaßkanal
hin konisch verjüngenden Dichtfläche begrenzt ist und andererseits durch einen Einsatzkörper
verschlossen ist, einer in einer axialen Bohrung geführten Düsennadel, welche einerseits
mit dem Auslaßkanal zusammenwirkt und andererseits eine Zwangssteuerung aufweist,
einer im Bereich zwischen Dichtfläche und Einsatzkörper in einer Führungsbohrung
geführten Nadelhülse, einer im Inneren der Nadelhülse vorgesehenen, von der Düsennadel
durchzogenen Kammer, wobei diese Kammer mit einer Zuleitung für eine Hauptkomponente
verbunden ist, und wobei die Nadelhülse zum Auslaßkanal hin einen Boden besitzt,
welcher eine mit
dem Auslaßkanal fluchtende Öffnung aufweist, wobei
die äußere Fläche des Bodens als Dichtfläche ausgebildet ist und in Schließstellung
mit der Dichtfläche der Gehäusebohrung einen Dichtsitz bildet, wobei für eine zweite
Hauptkomponente eine Zuleitung zu dem von den Dichtflächen gebildeten Spalt führt,
wobei eine Zuleitung für eine Zusatzkomponente vorgesehen ist, deren Mündung in
die Führungsbohrung der Düsennadel weist, und die Düsennadel mit einem Absatz versehen
ist, welcher als Steuerkante dl#.nt, indem in öffnungsstellung der Düsennadel die
Mündung von dem Absatz freigegeben ist und in Schließstellung von dickeren Schaftabschnitt
abgedichtet ist.
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Die neue Mehrstoffdüse bringt also den Vorteil, daß sie weniger bewegbare
Teile aufweist und damit weniger Dichtflächen, also weniger störanfällig und einfacher
herstellbar ist.
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Dabei bieten sich alternative Ausführungsformen der Mehrstoffdüse
an: Nach einer ersten Ausführungsform ist die Führungsbohrung für die Düsennadel
im Einsatzkörper angeordnet. Alternativ hierzu ist sie in der Nadelhülse angeordnet.
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Bei beiden Ausführungsformen ergibt sich eine Vereinfachung dadurch,
daß der Zufluß der Zusatzkomponente durch den Absatz der Düsennadel freigegeben
oder unterbrochen wird. Es versteht sich, daß Zuleitungen für mehrere Zusatzkomponenten
in der gleichen Weise angeordnet sein können. Ihre Mündungen werden dann vorzugsweise
in
gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet. Auch ist e möglich,
einer Zuleitung mehrere Mündungen zuzuordnen.
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Man wird von den Hauptkomponenten jene über die in einer Nadelhülse
befindliche Kammer führen, welche mit der Zusatzkomponente sich verträgt, weil nach
jedem Arbeitstakt in dieser Kammer ein Gemisch aus der Hauptkomponente und der Zusatzkomponente
verbleibt.
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Für den Fall, daß mehrere miteinander unverträgliche Zusatzkomponenten
oder Zusatzkomponenten die teils mit der einen teils mit der anderen Hauptkomponente
unverträglich sind, zugeführt werden müssen, ist es auch möglich, die Mündung einer
Zuleitung im Bereich der stirnseitigen Dichtfläche der Gehäusebohrung anzuordnen.
Es versteht sich, daß auch hier mehrere Mündungen für eine Zuleitung vorgesehen
sein können bzw. daß Mündungen und Zuleitungen für mehrere Zusatzkomponenten anzuordnen
sind.
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In diesem Falle erfolgt die Zusammenführung jener derart zugeführten
Zusatzkomponenten mit den anderen Komponenten erst unmittelbar vor dem Austritt
aus der Mehrstoffdüse.
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In der Zeichnung ist die neue Mehrstoffdüse in zwei Ausführungsbeispielen
rein schematisch im Schnitt dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigen:
Fig.
1 Die Mehrstoffdüse gemäß einer ersten Ausführungsform in Schließstellung, Fig.
2 die Mehrstoffdüse gemäß Figur 1 in öffnungsstellung, Fig. 3 die Mehrstoffdüse
gemäß einer zweiten Ausführungsform in öffnungsstellung und Fig. 4 die Mehrstoffdüse
gemäß Figur 3 in Schließstellung.
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In Fig. 1, 2 besteht die Mehrstoffdüse aus einem Düsengehäuse 1, in
welches Zuleitungen 2, 3 für zwei Hauptkomponenten (Isocyanat und Polyol) sowie
eine Zuleitung 44 mit Mündung 45 für-eine Zusatzkomponente (z.B. Farbstoff) hineinführen.
Innerhalb des Gehäuses 1 ist eine Gehäusebohrung 4 angeordnet, in welcher eine mit
einem Boden 46 versehene Nadelhülse 5 geführt ist, welche konzentrisch eine in ihr
bzw. in einer darin angeordneten axialen Bohrung 47 geführte Düsennadel 6 umgibt.
Die Komponentenzuleitung 2 mündet in eine Kammer 7, welche zwischen der Innenwand
8 der Gehäusebohrung 4 und der Nadelhülse 5 gebildet ist. Die Komponentenzuleitung
3 mündet in eine innerhalb der Nadelhülse 5 angeordnete, von der Düsennadel 6 durchzogene
Kammer 9. Die Düsennadel 6 besitzt einen Absatz 48, welcher als Steuerkante wirkt.
Bei angehobener Düsennadel 5 öffnet die Zuleitung 44 frei in die Kammer 9, in Schließstellung
dichtet der dickere Schaftabschnitt 49 die Mündung 45 der Zuleitung 44 ab. AuBerdem
besitzt
die Düsennadel 6 noch eine konische Dichtfläche 10, welche
im Schließzustand (Fig. 1) mit der inneren Stirnfläche 11 der Nadelhülse 5 einen
Dichtsitz 12 bildet, während auch die äußere Stirnfläche 13 der Nadelhülse 5 und
die innere Stirnfläche 14 der Gehäusebohrung 1 einen Dichtsitz 15 bilden. In dieser
Stellung der Düsennadel 6 füllt ein an ihrer Spitze angeordneter Zapfen 16 einen
Ausströmkanal 17 völlig aus, d.h. er reicht bis zum Auslaß 18. Während des öffnungszustandes
(Fig. 2) gibt die Düsennadel 6 bzw. ihr Zapfen 16 eine Düsenöffnung 19 frei und
zwischen äußerer Stirnfläche 12 der Nadelhülse 5 und innerer Stirnfläche 13 der
Gehäusebohrung 4 ist eine ringförmige Düsenöffnung 20 gebildet. Der Nadelhülse 5
und der Düsennadel 6 ist eine Zwangssteuerung 21 zugeordnet. Diese besteht aus hydraulischen
Antrieben 22, 23, welche aus einem in der Nadelhülse 5 angeordneten Zylinderraum
24 und einem an der Düsennadel 6 angeordneten Kolben 25 bzw. einem einer Erweiterung
der Gehäusebohrung 4 darstellenden Zylinderraum 26 mit einem an der Nadelhülse 5
angeordneten Kolben 27, sowie Zu- und Abläufen 28, 29 gebildet sind. Auf die Kolben
25, 27 wirken nicht dargestellte, relativ schwache Federn ein, welche die Düsennadel
6 und die Nadelhülse 5 bei nicht anstehendem Hydraulikdruck im Schließzustand halten.
Sowohl der Nadelhülse 5 als auch der Düsennadel 6 sind Hubverstellanschläge 30,
31 zugeordr:et, welche in einem die Gehäusebohrung 4 bzw. den hydraulischen Zylinderraum
26 verschließenden Einsatzkörper 50 einstellbar gelagert sind. Von den Kammern 7,
9 führen Rücklaufleitungen 32, 33 ab, welche durch im Ge-
häuse
1 angeordnete Ventile 34, 35 absperrbar sind. Diese sind ebenfalls mit hydraulischen
Antrieben 36, 37, bestehend aus Kolben 38 bzw. 39 und Zylindern 40 bzw. 41 aufgebaut.
Mittels Hubverstellanschlägen 42, 43 lassen sich die Durchströmquerschnitte einstellen.
Die Rücklaufleitung und das Absperrventil für die Zusatzkomponente sind nicht dargestellt.
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In Fig. 3, 4 ist in einem Düsangehäuse 51 eine Führungsbohrung 52
angeordnet. Jene ist einerseits durch eine sich zu einem axialen Auslaßkanal 53
hin verjüngenden Dichtfläche 54 begrenzt, und andererseits durch einen Einsatzkörper
55 verschlossen. In dem Einsatzkörper 55 ist eine Führungsbohrung 56 für eine Düsennadel
57 angeordnet. Sie weist am hinteren Ende einen wechselseitig beaufschlagbaren,
in einem Zylinderraum 58 geführten Kolben 59 auf, welche beide Teil einer Zwangssteuerung
60 für die Düsennadel 57 sind. Am vorderen Ende ist die Düsennadel 57 mit einem
Zapfen 61 versehen, welcher in Schließstellung den Auslaßkanal 53 völlig ausfüllt
und somit als Reinigungswerkzeug zum Ausschieben des im Auslaßkanal 53 verbliebenen
Gemischrestes dient. Zwischen der Dichtfläche 54 und dem Einsatzkörper 55 ist eine
verschiebbare Nadelhülse 62 vorgesehen. Ihr hinteres Ende ist ebenfalls ein wechselseitig
beaufschlagbarer, in einem Hydraulikzylinder 63 geführter Kolben 64 ausgeführt,
welche beide Teil einer Zwangssteuerung 65 sind.
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Das vordere Ende der Nadelhülse 62 besitzt einen Boden 66, dessen
äußere Fläche als Dichtfläche 67 ausgebildet ist
und stellt in
Schließstellung zusammen mit der Dichtfläche 54 den Dichtsitz 68 dar. Der Boden
66 besitzt eine axiale dem Auslaßkanal 53 angepaßte öffnung 69.
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Der Hub der Nadelhülse 62 und damit die Spaltweite zwischen den Dichtflächen
54 und 67 ist mittels des axial verschiebbaren Einsatzkörpers 55 einstellbar.
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Zum Einstellen des Hubes der Düsennadel 57 ist eine im Einsatzkörper
55 gelagerte Stellschraube 70 vorgesehen.
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Innerhalb der Nadelhülse 62 befindet sich eine mit einer Zuleitung
71 für die Komponente A verbundene Kammer 72, aus welcher die Komponente A in der
öffnungsstellung der Düsennadel 57 durch die Öffnung 69 austritt. Die Zuleiturren
73 und 74 für die Komponenten B und D besitzen je weite Mündung 75 und 76, welche
die Dichtfläche 54 durchdringen. Sie liegen einander diametral gegenüber. Eine Zuleitung
77 für die Komponente C führt durch das Düsengehäuse 51 und den Einsatzkörper 55
zu dessen der Kammer 72 zugewandten Ende. Ihre Mündung 78 weist jedoch in die Führungsbohrung
56 für die Düsennadel 57. Die Düsennadel 57 besitzt einen Absatz 79, welcher derart
angeordnet ist, daß die Kante des dickeren Schaftabschnittes 80 als Steuerkante
wirkt und in Öffnungsstellung die Mündung 78 der Zuleitung 77 freigibt und die Komponente
C durch den zwischen der Führungsbohrung 56 und dem dünneren Schaftabschnitt 81
verbleibenden Ringspalt 82 in die Kammer 72 strömt und sicl zunächst mit der Komponente
A vereinigt. Die Zusatzkomponente C gelangt sodann zusammen mit der Komponente A
in die Öffnung 69 und weiter in den Auslaßkanal 53, wo auch noch die Komponenten
B und D hinzukommen. Schließt
die Düsennadel 57, so überfährt der
Absatz 79 die Mündung 78 und der dickere Schaftabschnitt 80 verschließt sie.
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