DE3347940A1

DE3347940A1 - Verfahren und vorrichtung zum vermischen wenigstens zweier fliessfaehiger reaktions-komponenten

Info

Publication number: DE3347940A1
Application number: DE3347940A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. 3559 Allendorf Günther
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-11-11
Filing date: 1983-11-11
Publication date: 1985-10-31
Also published as: DE3347940C2

Description

PATENTANWALT D-355£NIEDERWEIMAR/HESSEN

TELEQRAMME: PATAlD MARBURQ

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16.04.1985 P 53 40 889.0-16 PH 420a Ot/Gr

Dipl.-Ing. Herbert Günther, 3559 Allendorf/Eder

Verfahren und Vorrichtung zum Vermischen wenigstens zweier fließfähiger Reaktions-Komponenten

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 2.

Zur Verarbeitung von Polyurethan und ähnlichen Kunststoffen benötigt man Mischköpfe, mit denen eine besondere innige Vermischung der Ausgangskomponenten während des gesamten Mischvorganges möglich ist, also jeweils für die ganze bei einem Spritztakt hergestellte Materialcharge. Wie bei jeder diskontinuierlichen Vermischung sind hierbei Beginn und Ende des Mischvorganges problematisch.

Für herkömmliche Mischköpfe mit Veriaischungshilfen sind spezielle Betätigungsorgane erforderlich, in der Regel ein Druckzylinder mit Steuerungs- und Überwachungs-Einrichtungen. Eine in der DE-OS 22 52 201 offenbarte Vorrichtung zum Herstellen von Formteilen aus schnell miteinander reagierenden Komponenten benutzt einen Doppelschieber und umfaßt eine (Nach-)Mischeinrichtung aus Verzweigungen und Zusammenführungen, zwischen denen Schikanen vorhanden sein können. Die völlig symmetrisch angeordneten Verzweigungen und Ztfsammenführungen, die teilweise unterschied-

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liehe Querschnitte haben, sind in.allen Ausführungsbeispielen so gestaltet, daß die verschiedenen Wege und Querschnitte vor und hinter der (gedachten) Symmetrie-Ebene gleich sind. Mithin können nur insgesamt gleiche Beschleunigungen und Verzögerungen auftreten. Daher vollzieht sich das Vereinigen der Materialströme regelmäßig gleichzeitig.

Um eine Reinigung der Mischkammer zu ermöglichen, ist bei herkömmlichen Konstruktionen ein besonderer Stößel vorgesehen. Beispielsweise in der Vorrichtung gemäß DE-OS 26 12 812 ist der mindestens so groß wie der Durchmesser des Reinigungsstößels, so daß das Kammervolumen eine entsprechende Mindestgröße haben muß. Nachteilig ist es ferner, daß die Umschaltung der Düsen von Rezirkulation bzw. Reinigen auf Mischen und umgekehrt im Abstand zu der Mischkopf-Wandung erfolgt. Namentlich bei von Eins verschiedenen Mischungsverhältnissen oder bei unterschiedlichen Viskositäten der Komponenten ist infolgedessen ein Vor- und/oder Nachlaufen der einen Komponente im Verhältnis zu der bzw. den anderen fast zwangsläufig gegeben. Die Qualität der mit solchen Vorrichtungen hergestellten Artikel ist mangelhaft; es können sogar unbrauchbare Gegenstände erzeugt werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, das Homogenisieren des Reaktionsmaterials weiter zu verbessern und den Mischkopf-Aufbau so zu gestalten, daß er ein möglichst kleines Gesamtvolumen einnimmt und daß die Strömungs- und Druckverhältnisse darin die schnelle, vollständige Vermischung noch besser unterstützen.

Der Grundgedanke des Verfahrens nach der Erfindung ist im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in den Ansprüchen 2 bis 10 gekennzeichnet.

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Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß zumindest ein Teilstrom durch Umlenkvbrgänge verwirbelt wird. Hierzu können im Mischkopf wenigstens zwei Umlenkkanten vorhanden sein, die zur Zwangsverwirbelung mittels Strömungsumlenkung vorzugsweise um etwa 90° dienen, was die homogene Vermischung außerordentlich fördert.

In einer Absperrstellung des Doppelschiebers kann das Material durch Überströmkanäle fließen, von denen ausgangsseitig angeordnete größere Querschnitte haben können als eingangsseitig befindliche. Günstig ist es, wenn die Mischkammer in der Mischstellung zumindest abschnittsweise von ebenen Flächen des Doppelschiebers begrenzt ist. Hierdurch wird nicht nur der Fertigungsaufwand gesenkt und eine genaue Passung stark; es stellen sich vielmehr auch vorteilhafte Strömungs- und Druckverhältnisse ein.

Im Mischkopf können zwei durch eine Scheidewand voneinander getrennte Ausnehmungen vorhanden sein, die zwei insbesondere fluchtende Bohrungen sein können. Der Abstand der Material-Eintrittsöffnungen voneinander kann infolgedessen sehr kurz sein. Die dadurch möglichen kleinen Abmessungen der Mischkammer sind für die Vermischungsqualität äußerst günstig.

Ein Mischkopf nach der Erfindung kann ferner zugleich einen selbstreinigenden Statikmischer bilden. Hierbei kann im Doppelschieber ein Nadelventil exzentrisch angeordnet sein, so daß sich der gewünschte Arbeitsdruck bequem von außen einstellen läßt.

Schließlich können die Material-Zuführleitungen an ümfangsflächen des Doppelschiebers münden und an seinen Stirnseiten die Strömungsverbindungen zur Mischkammer vorgesehen sein.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

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ORIGINAL INSPECTED

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Fig. 1 eine Schnittansicht, eines erfindungsgemäßen Mischkopfes, mit Schnittführung entsprechend der Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 eine Schnittansicht entsprechend der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 eine weitere Schnittansicht entsprechend der Linie III-III in Fig. 2.

Ber dargestellte Mischkopf nach der Erfindung ist mit 10 bezeichnet. Er hat ein Gehäuse 12 und eine allgemein zylindrische Mischkammer 14, in deren Anfangsabschnitt 14a Eintrittsöffnungen bzw. -düsen 16, 18 angeordnet sind. Über je eine Material-Zuführleitung 42 und ein zugehöriges Nadelventil 20, das mittels Kontermutter 54 einstellbar ist, ist eine Reaktionskomponente des zu mischenden Materials in die Mischkammer 14 einführbar.

Die Mischkammer 14 nimmt am Anfangsabschnitt 14a eine Scheidewand 30 auf, welche den Abstand der Eintrittsöffnungen bzw. -düsen 16, 18 voneinander sehr klein zu bemessen gestattet. Quer zur Strömungsrichtung hat der Mischkopf 10 von zwei entgegengesetzten Seiten her zur Aufnahme eines Doppelschiebers zwei Bohrungen. Deren Stirnenden sind voneinander um weniger als den Durchmesser eines Reinigungsstößels 60 entfernt, so daß der Abstand der Eintrittsdüsen 16, 18 nahezu beliebig verkleinert werden kann. Der Doppelschieber 34 schließt mit seinen Stirnflächen an die ringförmige Scheidewand 30 des Gehäuses 12 an, die ebenso wie der Doppelschieber 34 selbst von der Bohrung für den Reinigungsstößel 60 durchsetzt wird. In der Mischstellung wird die Mischkammer 14 mit ihren Teilabschnitten 14a, I4b, 14c von der Scheidewand 30 und von den Stirnflächen des Doppelschiebers 34 begrenzt.

In den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 3 ist der Doppelschieber 34 des Mischkopfes 10 als Drehschieber ausgebildet. O-Ringe 24 dienen zu seiner Abdichtung im Gehäuse 12. Die über eine Welle 32 und Paßfedern 52 starr miteinander gekoppelten Schieberhälften haben jeweils eine Durchgangsöffnung bzw.

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ORIGINAL INSPECTED

Bohrung 26 mit Umlenkkanten 28, 38 und Auskehlungen bzw. Taschen 36. Ähnliche oder gleichartige Auskehlungen bzw. Taschen 40 sind auch nahe dem Ausgang 22 der Mischkammer 14 vorgesehen.

Im Mischkopf 10 erfolgt die Materialmischung mehrstufig, z.B. dreistufig. Schon in der ersten Vermischungsstufe wird durch den geringen Abstand der Düsenöffnungen 16, 18 von höchstens der Hälfte des Durchmessers der Mischkammer 14 eine Vermischungsqualität erreicht, welche diejenige herkömmlicher Konstruktionen bei weitem übertrifft. Bevorzugt sind wenigstens zwei weitere Vermischungsstufen vorgesehen. Über den Stellweg bzw. über den Verdrehwinkel des Doppelschiebers lassen sich die Strömungsbedingungen und die Intensität der Vermischung in Abhängigkeit vom Mengendurchsatz und von der Mischgut-Viskosität variieren.

Die Schiebereinstellung in Mischposition ist in Fig. 1 unten sowie in Fig. 2 dargestellt. In diese Stellung wird der Doppelschieber 34 zur Einleitung des Mischvorganges gebracht. Die Reaktions-Komponenten treten jeweils an dem Nadelventil 20 über die Düsenöffnungen 16, 18 in den Anfangsabschnitt 14a der Mischkammer 14 ein. Nach dieser Vorvermischung erfolgt in dem Teilabschnitt 14b durch den noch freien Querschnitt an der Umlenkkante 28 beim Übergang in die Bohrung 26 des Doppelschiebers 34 eine zweite intensive Vermischung, wobei der Materialstrom quer zur Zuführrichtung in den Kammerabschnitt 14b eintritt. In dessen Auskehlungen 36 wird noch unvollkommen vermischtes Material aufgefangen und anschließend durch Herausspülen mit dem nachfolgenden Material verzögert gemischt. An einer weiteren engen öffnung, die von der Umlenkkante 38 gebildet wird, erfolgt in einer dritten Mischstufe im Teilabschnitt 14c eine zusätzliche Zwangsverwirbelung des Materials.

Nach dem Mischtakt wird der Doppeldrehschieber 34 in die Rezirkulations-Stellung gedreht, wie in Fig. 1 oben teilweise dargestellt ist. Dei* durch die Bohrung 26 vorschiebbare Stößel 60 reinigt mechanisch.und ohne Spülmittel die gesamte Mischkammer 14

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einschließlich der Auskehlungen 36 bzw. 40, so daß der nächste Arbeitszyklus eingeleitet werden kann. Die Rezirkulation erfolgt über Nuten und Rückführ-Leitungen 46. Man erkennt, daß hierdurch auf einfache Weise konstante Betriebsbedingungen eingestellt werden können, nämlich Mengendurchsatz, Temperatur und Förderdruck.

Anzumerken ist, daß nach der Erfindung noch andere Vermischungshilfen als in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 3 gezeigt angewandt werden können. Die Aufteilung des vorvermischten Materials an und hinter eingangsseitigen Überströmkanälen sowie an ausgangsseitigen Oberströmkanälen ergibt eine besonders intensive Vermischung.

Mach dem Zusammentreffen der Komponenten im Mischkammer-Abschnitt 14a teilt sich der Materialstrom in vier zum Teil entgegengesetzte Richtungen auf. Je zwei von diesen Teilströmen werden in halbmondförmigen Taschen 36.(Fig. 3) verzögert bzw. mit zeitlicher Versetzung zusammengeführt. Im folgenden Kammerabschnitt 14b erfolgt die vollständige Vereinigung zum inneren Materialstrom, bei dem die mittlere Strömungsgeschwindigkeit erheblich herabgesetzt ist. Er wird in den beiden Taschen 40 wieder in zwei Teilströme aufgeteilt, die anschließend nochmals unterteilt werden. Die nun vorhandenen Teilströme werden im Kammerabschnitt 14c vereinigt und am Ausgang 22 aus dem Mischkopf 10 ausgetragen.

Ist der Doppelschieber 34 aus seiner Absperrstellung in eine Lage gedreht, in der über die Kanten 28, 38 Material fließen kann (Fig. 2), so findet an jeder Kante 28, 38 außerdem eine Strömungs-Ümlenkung um etwa 90° statt, was die zeitliche Teilstrom-Versetzung verstärkt und mithin die innige Vermischung weiter fördert.

Zur Reinigung wird der Stößel 60 durch die gesamte Mischkammer hindurchgestoßen. Der mittlere Abschnitt 14b der Kammer 14 kann die Funktion der Bohrung 26 in den gezeichneten Ausführungsformen übernehmen. _;

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ORIGINAL INSPECTED

In jedem Falle wird der Anfangsabschnitt 14a der Mischkammer von der Stirnwand des Reinigungsstößels 60, von den Flächen des Schiebers 34, von dessen Mittelteil (mit der Durchgangsöffnung, z.B. 26) und im übrigen von Teilen des Mischkammergehäuses 12 gebildet. Die Sammelräume werden teilweise von Flächen begrenzt, die in der Rezirkulations-Stellung auch Flächen der Mischkammer 14 sind. Die Arbeitsgänge der Vermischimg und der Rezirkulation zur Reinigung lassen sich mühelos nacheinander durchführen.

Hervorzuheben ist, daß die vom Förderdruck im Materialgut herrührenden Axialkräfte auf den Doppelschieber 34 durch entsprechende Verbindungen und über das Mischkammer-Gehäuse 12 durch geeignete (nicht dargestellte) Deckel aufgenommen werden. Das Spiel des Doppelschiebers 34 zum Gehäuse 12 in Richtung des Materialeintritts wird durch (ebenfalls nicht gezeichnete) Distanzscheiben eingestellt.

In den Rahmen der Erfindung fallen zahlreiche Abwandlungen. Sind beispielsweise mehr als zwei Reaktionskomponenten zu vermischen, so ist der "Doppelschieber" ein Mehrfachschieber 34 mit entsprechender Anzahl von Schieberteilen und Eintrittsdüsen (16, 18 usw.), die bevorzugt ebenfalls auf kleinstmöglichem Abstand zusammengerückt und nur durch je eine dünne Scheidewand (30) getrennt sind.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Vorteile und Merkmale, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

ONGiNAL INSPECTED

Legende PH 420a.

K	Kammer-Achse
10	Mischkopf
12	Gehäuse
14	Mischkammer
14a
14b	Teilabschnitte
14c
16, 18	Eintrittsöffnungen/-düsen
20	Nadelventil
22	Ausgang
24	O-Ringe
26	Durchgangsöffnung/Bohrung
28	Umlenkkante
30	Scheidewand
32	Welle
34	Doppelschieber
36	Auskehlungen/Taschen
38	Umlenkkante
40	Auskehlungen/Taschen
42	Zufuhr-Leitung
44	Nut(en)
46	Rückführ-Leitung
52	Paßfeder
54	Kontermutter
60	Reinigungsstößel

inspected

Claims

Dipl.-Ing. Herbert Günther, 3559 Allendorf/Eder Verfahren und Vorrichtung zum Vermischen wenigstens zweier fließfähiger Reaktions-Komponenten Patentansprüche

1. Verfahren zum Vermischen wenigstens zweier fließfähiger Reaktions-Komponenten für die Herstellung von Formungen, insbesondere aus Polyurethan, bei dem die Komponenten zusammen·? geführt werden und der zusammengesetzte Materialstrom während ' der Reaktion in zumindest zwei Mischstufen jeweils in mehrere Teilströme aufgeteilt wird, die anschließend wieder vereinigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teilstrom durch Umlenkvorgänge verwirbelt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Gehäuse (12), das eine zumindest zwei Eintrittsöffnungen (16, 18) 'aufweisende Mischkammer (14) enthält, die in zumindest drei untereinander verbundene Teilabschnitte (i4a, 14b, 14c) gegliedert ist, mit einem in der Mischkammer axial verschieblichen Reinigungsstößel (60), mit einem quer zur Mischkammerachse (K) angeordneten, einen Teilabschnitt (14b) der Mischkammer (14) aufnehmenden Doppelschieber (34), dessen Durchgangsöffnung (26) zur Verschiebung des Reinigungsstößels in die Mischkammerachse stellbar ist, und mit Rückführ-Leitungen (46) zur Rezirkulations-Verbindung mit den Eintrittsöffnungen (16, 18) bei Beendigung des Mischtaktes, dadurch

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gekennz e i cn net, daß der Doppelschieber (34) wenigstens zwei Umlenkkanten (28, 38) aufweist, insbesondere zur Strömungs-Umlenkung um etwa 90°.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelschieber (34) in eine Absperrstellung bewegbar ist, in der das Material nicht über Kanten (28, 38) des mittleren Kammerabschnitts (14b), sondern durch Überströmkanäle fließt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß ausgangsseitig angeordnete Überströmkanäle größeren Querschnitt haben als eingangsseitig befindliche.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (14) in der Mischstellung zumindest abschnittsweise von ebenen Flächen, des Doppelschiebers (34) begrenzt ist.

6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkopf (10) zur Aufnahme des Doppelschiebers (34) zwei Ausnehmungen hat, die durch eine mit dem Gehäuse (12) verbundene oder einstückige Scheidewand (30) voneinander getrennt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen zwei fluchtende, von einer Welle (32) des als Drehschiebers ausgebildeten Doppelschiebers (34) durchsetzte Bohrungen, jSjind.

8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnungen (16, 18) voneinander einen Abstand haben, der höchstens gleich dem halben Durchmesser der Mischkammer (14) ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Doppelschieber (34) ein namentlich von außen einstellbares Nadelventil (20) exzentrisch angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Material-Zuführleitungen (42) an Umfangsflachen des Doppelschiebers (34) münden und an dessen Stirnseiten die Strömungsverbindung zur Mischkammer (14) vorhanden ist.

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