DE3427327C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mischkopf zum Erzeugen eines vorzugsweise chemisch reaktionsfähigen Gemisches aus mindestens zwei Kunststoffkompo­ nenten mit einer Mischkammer, die Eintrittsöffnungen für die einzelnen Kunststoffkomponenten und eine Austrittsöffnung für das Kunststoffkompo­ nentengemisch besitzt, und einem in der Mischkammer angeordneten, quer­ schnittsgleichen Ausstoßkolben, der mit einem durch Druckmittel eines Druck­ mittelkreises betätigbaren Arbeitskolben verbunden und aus einer die Ein­ trittsöffnungen offenlassenden Mischstellung bis in den Bereich der vorderen Austrittsöffnung, dabei die Eintrittsöffnungen gegenüber der Mischkammer ab­ sperrend, hin- und herbewegbar ist, wobei vor den Eintrittsöffnungen den jeweiligen Durchfluß zur Mischkammer steuernde, durch Druckmittel eines Druck­ mittelkreises zu öffnende und zu schließende Düsen eingesetzt sind und der Druckmittelkreis für die Bewegung des Ausstoßkolbens bzw. Arbeitskolbens mit dem für das Öffnen und Schließen der Düsen zusammengeschaltet ist.

Bei einem aus der DE-OS 32 00 503 bekannten Mischkopf dieser Art werden durch die hin- und hergehende Bewegung des Ausstoßkolbens die Eintrittsöffnungen in die Mischkammer gleichzeitig überfahren bzw. freigegeben. Um zu erreichen, daß der Ausstoßkolben in seiner Nichtmischstellung oder Rezirkulationsphase nicht unter der Einwirkung der Kunststoffkomponenten steht, ist vor jeder Misch­ kammer-Eintrittsöffnung eine Düse mit Düsennadel eingesetzt, die einer­ seits mit einem Kolben eines Steuerzylinders korrespondiert und anderer­ seits mit der Eintrittsöffnung zusammenwirkt. In der Nichtmischstellung bzw. Rezirkulationsphase sind die Düsen geschlossen. Das Öffnen bzw. Schließen der Düsen und die Bewegung des Ausstoßkolbens werden von einem einzigen Ventil gesteuert. Aufgrund unterschiedlicher Schiebewiderstände kann es zu Verzögerungen und damit zu ungenauen und/oder ungleichen Schalt- und Öffnungszeiten für die Düsen kommen, insbesondere dann, wenn die Steuerzylinder nicht entlüftet sind. Dieses führt wiederum zu nachteili­ gen Auswirkungen auf die Qualität des Kunststoffkomponentengemisches.

Mit der Erfindung soll ein Mischkopf geschaffen werden, bei dem während des Öffnens und Schließens der Düsen der Veränderung des Dosierverhältnisses infolge unterschiedlicher Viskosität der Kunststoffkomponenten entgegengewirkt und gleichzeitig das Misch­ ergebnis verbessert werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der die Eintrittsöff­ nungen offenlassenden Stellung des Ausstoßkolbens ein über einen Kolben durch Druckmittel eines Druckmittelkreises betätigbares Drosselorgan in die Mischkammer ein- bzw. aus dieser heraus­ schiebbar ist und daß der Druckmittelkreis für die Bewegung des Drosselorgans mit dem für die Bewegung des Arbeitskolbens zusam­ mengeschaltet ist, wobei in jedem der beiden Druckmittelkreise ein in Abhängigkeit von einem Steuerdruck schaltbares Ventil an­ geordnet ist, von denen das im Druckmittelkreis für die Bewegung des Drosselorgans angeordnete Ventil nach dem Erreichen der Mischstellung des Ausstoßkolbens durch den Arbeitskolben und das im Druckmittelkreis für die Bewegung des Arbeitskolbens angeord­ nete Ventil nach dem Herausschieben des Drosselorgans aus der Mischkammer durch den Kolben des Drosselorgans geschaltet wird.

Das Drosselorgan dient zur Erzeugung eines Mischungsvordrucks in der Mischkammer und hat die Aufgabe, die zuströmende Menge der Kunststoffkomponenten zu beeinflussen, um die Qualität des Spritzlings zu verbessern, d. h. insbesondere während der Phase zu Beginn und am Ende des Einspritzvorganges, wenn die Düsenöffnungen nicht ihren vollen Eintrittsquerschnitt auf­ weisen, eine Veränderung der Vermischungsbedingungen auszu­ gleichen. Durch die direkte Verbindung der Druckmittelkreise wird die Konstruktion des Mischkopfes nicht nur vereinfacht (es entfällt wenigstens eine Druckmittelleitung), sondern der Druck für die Bewegung des Drosselorgans steht bereits dann zur Verfügung, wenn der Arbeitskolben bewegt wird, so daß Zeitverluste infolge Druckaufbau in diesen Bereichen ver­ mieden werden. Zur Steuerung der hydraulisch bewerkstellig­ ten Bewegung des Drosselorgans wird die Bewegung des Ausstoßkolbens als Steuerungsimpuls herangezogen und um­ gekehrt. Mit anderen Worten, das Drosselorgan kann erst dann in die Mischkammer eingeschoben werden, wenn der Ausstoßkolben die Mischstellung erreicht hat und der Ausstoßkolben wird erst dann aus der Mischstellung in die Ausstoßstellung bewegt, wenn das Drosselorgan aus der Mischkammer herausgezogen ist.

Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Mischkopfes sind die Ventile mit Steuerleitungen verbunden, welche in den Druckraum vor der größeren Stellfläche des Arbeitskolbens bzw. in den den Kolben des Drosselorgans in die Drosselstellung beauf­ schlagenden Druckraum führen, wobei die Öffnungen der Steuerleitungen in den jeweiligen Druckräumen durch die zugehörigen Kolben verschließbar sind. Der steuerungstechnische Aufwand ist dabei vergleichsweise niedrig, die hydraulische Steuerung absolut zuverlässig.

Beispielhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Mischkopfes sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Mischkopf im Längsschnitt mit Fließschema, wobei der Ausstoßkol­ ben die Ausstoßstellung A einnimmt,

Fig. 2 den in Fig. 1 dargestellten Mischkopf mit dem Ausstoßkolben in Misch­ stellung B,

Fig. 3 eine Längsschnittdarstellung einer anderen Ausführungsform des Misch­ kopfes mit dem Ausstoßkolben in Stellung A.

Im wesentlichen besteht der Mischkopf aus einem Gehäuse (1) mit einer zentralen, im allgemeinen kreiszylindrischen Bohrung, wobei ein Abschnitt der Bohrung als Mischkammer (2) ausgebildet ist (Fig. 2). In die Mischkammer führen zwei, vorzugsweise gegeneinander gerichtete Eintrittsöffnungen (3) und (4) für die Kunststoffkomponenten. Der Strömungskreislauf der Kunst­ stoffkomponenten umfaßt in den Zeichnungen nicht dargestellte Vorrats­ behälter, Förderpumpen sowie Zu- und Rücklaufleitungen, die an Düsen (5) und (6) vor den Eintrittsöffnungen angeschlossen sind. Die Düsen bestehen jeweils aus einem Gehäuse (7), in dem eine Düsennadel (8) geführt ist. Die Nadelspitze korrespondiert mit dem Dichtsitz einer Eintrittsöffnung, während das andere Ende der Düsennadel als beidseitig mit Druckmittel beaufschlagbarer Kolben (9) ausgebildet und in einer zylindrischen Er­ weiterung geführt ist. In sie münden bei (10) und (11) Zu- und Ableitun­ gen für ein Druckmittel.

Mit (12) ist ein Ausstoßkolben bezeichnet, der in der querschnittsglei­ chen Mischkammer (2) hin- und herbewegbar ist, um die Mischkammer zu rei­ nigen. Der Ausstoßkolben ist in Fig. 1 in seiner vorgeschobenen Stellung - Ausstoßstellung A - veranschaulicht. In dieser Stellung sind die Düsen (5) und (6) geschlossen, d. h. die Kunststoffkomponenten treffen nicht aufeinander, sondern werden in den Düsen umgelenkt und über Rück­ laufleitungen wieder zu Vorratsbehältern zurückgeführt. Die Mischstellung nimmt der Ausstoßkolben ein, wenn seine untere Stirnfläche die unterbrochene Linie B erreicht. Dabei ist ein Drossel­ organ (13) zwischen den Eintrittsöffnungen (3) und (4) und der Austritts­ öffnung (21) für das Kunststoffkomponentengemisch senkrecht in die Misch­ kammer verschiebbar.

Das Drosselorgan (13) besteht vorzugsweise aus einem zylinderförmigen Stift und wird von einem Kolbenzylinderaggregat gesteuert, das am Ge­ häuse (1) des Mischkopfes befestigt ist. Kolben (16) und Zylinder (17) dieses Kolbenzylinderaggregats sind als hydraulisches Stellglied ausgebil­ det. Die Betätigung des Kolbens (16) erfolgt durch Zufuhr eines hydrauli­ schen Druckmittels durch die Anschlüsse (18) bzw. (19) zu dessen kleinerer (16 b) oder zu dessen größerer (16 a) Stellfläche. In der dem Drosselorgan (13) gegenüberliegenden Stirnwand des Zylinders (17) ist außerdem eine Öffnung (20) vorgesehen, an die eine Steuerleitung (29) angeschlossen ist.

Die Betätigung des Ausstoßkolbens (12) erfolgt durch Zufuhr eines Druck­ mittels in den Arbeitszylinder (22), in welchem ein mit dem Ausstoßkolben fest verbundener Arbeitskolben (23) enthalten ist. Hierfür sind die Druck­ mittelanschlüsse (24) und (25) vorgesehen. Die Zufuhr von Druckmittel über den Anschluß (24) führt dazu, daß der Arbeitskolben in die in Fig. 2 dargestellte hintere Endstellung bewegt wird und mit seiner größeren Stellfläche (23 a) an der Stirnfläche (26) des Arbeitszylinders anliegt, wodurch neben dem Anschluß (25) auch eine Öffnung (27) in der Stirnfläche für eine Steuerleitung (28) verschlossen wird. Gleichzeitig sind die kleineren Stellflächen (9 b) der den Düsen (5, 6) zugeordneten Kolben (9) über die Anschlüsse (11) mit Druckmittel beaufschlagt, da die entsprechenden Druckräume (14) mit dem Druckraum (30) vor der kleineren Stellfläche (23 b) des Arbeitskolbens (23) verbunden sind. Zum Öffnen der Düsen werden die Drückräume (14) vor den größeren Stellflächen (9 a) der Düsenkolben (9) entlastet.

In der hinteren Endstellung des Arbeitskolbens (23), die der Misch­ stellung B des Ausstoßkolbens (12) entspricht, kann das Drosselorgan (13) durch entsprechende Druckmittelbeaufschlagung des ihm zugeordneten Kol­ bens (16) in die Mischkammer (2) eingeschoben werden. Die Steuerung des Drosselorgans in Abhängigkeit von der Stellung des Ausstoßkolbens erfolgt zwangsläufig, indem der Druckmittelkreis für die Bewegung des Arbeits­ kolbens mit dem Druckmittelkreis für die Bewegung des Drosselorgans zusammengeschaltet ist. Hierzu enthält jeder Druckmittelkreis ein schalt­ bares Ventil (31, 32), eine Blende (33, 34) sowie eine Steuerleitung (29, 28). Als schaltbare Ventile eignen sich beispielsweise durch einen hydrau­ lischen Steuerdruck entsperrbare Rückschlagventile. Das Ventil (31) ist an die in den Druckraum (30) vor der größeren Stellfläche (23 a) des Arbeitskolbens (23) führende Steuerleitung (28) angeschlossen und wird nach dem Erreichen der Mischstellung B des Ausstoßkolbens (12) durch den Arbeitskolben (23) geschaltet, während das Ventil (32) mit der in den den Kolben (16) des Drosselorgans (13) in die Drosselstellung beaufschlagen­ den Druckraum (15) führenden Steuerleitung (29) verbunden ist und durch den Kolben (16) des Drosselorgans (13) geschaltet wird. Bei dieser An­ ordnung ist sichergestellt, daß nach dem Erreichen der Mischstellung B des Ausstoßkolbens (12) das Drosselorgan (13) in die Mischkammer (2) ein­ geschoben wird, bevor die Kunststoffkomponenten in der Mischkammer auf­ einandertreffen bzw. das Drosselorgan aus der Mischkammer herausgezogen wird, bevor der Ausstoßkolben aus der Stellung B in die Ausstoßstellung A bewegt wird. Für die Bewegung des Ausstoßkolbens (12) in die Stellung A werden zunächst die Düsen (5) und (6) geschlossen, indem die An­ schlüsse (10) für die Düsenkolben (9) mit Druckmittel beaufschlagt wer­ den. Anschließend wird das Drosselorgan aus der Mischkammer herausgezogen und der Anschluß (25) des Arbeitszylinders (22) mit Druckmittel beauf­ schlagt und der Anschluß (24) entspannt.

Unter der Voraussetzung, daß ein Mischvorgang durchgeführt werden soll, d. h. der Ausstoßkolben (12) von der Stellung A in die Stellung B gebracht werden soll, wird ein Magnetventil (36) betätigt, der Anschluß (25) ent­ lastet und der Anschluß (24) mit Druckmittel beaufschlagt. Die in den Zeichnungen nicht dargestellte Druckmittelpumpe liefert Druckmittel mit zeitlich konstanter Durchsatzmenge zu dem Anschluß (24), zu den An­ schlüssen (11) sowie über den Leitungsabschnitt (35) zu dem schaltbaren Ventil (31). Die Anschlüsse (10) der Düsenkolben sind ebenfalls mit Druckmittel beaufschlagt, die Düsen sind geschlossen. Ein Teilstrom des Druckmittels gelangt über die Blende (33) in die Steuerleitung (28) zwischen dem Arbeitszylinder (22) und dem Ventil (31). Der Teilstrom in der Steuerleitung (28) wird in den Druckraum (30) vor der größeren Stell­ fläche (23 a) des Arbeitskolbens (23) geführt und tritt solange in den drucklosen Anschluß (25) ein, bis der Arbeitskolben an der Stirn­ fläche (26) des Arbeitszylinders anliegt und die Öffnung (27) der Steuer­ leitung verschließt. Der Ausstoßkolben (12) nimmt dann die Misch­ stellung B ein. In der Steuerleitung (28) baut sich in der Folge ein höherer Druck auf und das Ventil (31) wird geschaltet, so daß Druckmittel über den Anschluß (19) in das Kolbenzylinderaggregat des Drosselorgans strömt und das Drosselorgan (13) in die Mischkammer (2) einschiebt. Die Einspritz- bzw. Schußzeit wird nachfolgend über ein Zeitrelais (38) ge­ steuert, welches mit den Magnetventilen (36) und (37) gekoppelt ist. Die Betätigung des Magnetventils (37) führt dazu, daß die Anschlüsse (10) für die größeren Stellflächen (9 a) der Düsenkolben (9) entlastet und die Düsen geöffnet werden. Das Zeitrelais ist auf eine Zeitspanne einge­ stellt, in der die gewünschten Mengen an Kuntstoffkomponenten durch die Düsen (5) und (6) in die Misckammer (2) einströmen können.

Zur Beendigung des Mischvorganges wird wiederum das Magnetventil (37) be­ tätigt und die Anschlüsse (10) der Düsenkolben (9) mit Druckmittel beauf­ schlagt. Die Düsen (5) und (6) werden hierdurch geschlossen. Durch Be­ tätigen des Magnetventils (36) gelangt Druckmittel über den Leitungsab­ schnitt (39) und den Anschluß (18) in den Zylinder (17), wodurch das Drosselorgan (13) aus der Mischkammer (2) herausgeschoben wird. Ein Teil­ strom des Druckmittels gelangt gleichzeitig über die Blende (34) in die Steuerleitung (29), welche den Zylinder (17) des Kolbenzylinderaggregats mit dem schaltbaren Ventil (32) verbindet. Dieser Teilstrom tritt in dem Druckraum (15) des Zylinders (17) solange in den drucklosen Anschluß (19) ein, bis der Kolben (16) des Drosselorgans (13) an der Stirnwand anliegt und die Öffnung (20) der Steuerleitung verschließt. In der Steuer­ leitung (29) baut sich in der Folge ein höherer Druck auf und das Ventil (32) wird geschaltet, so daß Druckmittel in den Anschluß (25) des Arbeitszylinders (22) strömt und der Arbeitskolben (23) sowie der Ausstoß­ kolben (12) in die jeweils untere Stellung, d. h. Ausstoßstellung A für den Ausstoßkolben, verschoben werden.

Um während des Einschiebens des Drosselorgans (13) in die Mischkammer (2) ein vorzeitiges Entsperren des Ventils (32) zu verhindern, ist es gemäß Fig. 3 auch möglich, in der Lei­ tung (29) ein Rückschlagventil (42) vorzusehen. Ein weiteres Rückschlagventil (43) ist in der Leitung (28) enthalten. Die Steuerung der Düsen (5) und (6) erfolgt unabhängig von der Stellung des Arbeitskolbens (23) und des Kolbens (16) durch das Zeitrelais (38), welches mit den Magnetventilen (36) und (37) gekoppelt ist. Dazu sind die Leitungen (40) und (41) zwischen dem Magnetventil (37) und den Anschlüssen (10) und (11) vorgesehen.

Die bezüglich der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 dargestellten Einzelheiten über den Mischkopfaufbau und seine Funktion gelten analog für die Ausführungsform gemäß Fig. 3, wobei die gleichen Teile mit den selben Bezugszeichen versehen sind.

Claims (2)

1. Mischkopf zum Erzeugen eines vorzugsweise chemisch reaktionsfähigen Gemisches aus mindestens zwei Kunststoffkomponenten, mit einer Misch­ kammer, die Eintrittsöffnungen für die einzelnen Kunststoffkomponen­ ten und eine Austrittsöffnung für das Kunststoffkomponentengemisch besitzt, und einem in der Mischkammer angeordneten, querschnitts­ gleichen Ausstoßkolben, der mit einem durch Druckmittel eines Druckmittelkreises betätigbaren Arbeitskolben verbunden und aus einer die Eintrittsöffnungen offenlassenden Mischstellung bis in den Bereich der vorderen Austrittsöffnung, dabei die Eintrittsöffnungen gegenüber der Mischkammer absperrend, hin- und herbewegbar ist, wobei vor den Eintrittsöffnungen den jeweiligen Durchfluß zur Mischkammer steuernde, durch Druckmittel eines Druckmittelkreises für die Bewegung des Ausstoßkolbens bzw. Arbeitskolbens mit dem für das Öffnen und Schließen der Düsen zusammengeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der die Eintrittsöffnungen (3) und (4) offen­ lassenden Stellung des Ausstoßkolbens (12) ein über einen Kolben (16) durch Druckmittel eines Druckmittelkreises betätigbares Drossel­ organ (13) in die Mischkammer (2) ein- bzw. aus dieser herausschieb­ bar ist und daß der Druckmittelkreis für die Bewegung des Drossel­ organs (13) mit dem für die Bewegung des Arbeitskolbens (23) zusammengeschaltet ist, wobei in jedem der beiden Druckmittelkreise ein in Abhängigkeit von einem Steuerdruck schaltbares Ventil (31, 32) angeordnet ist, von denen das im Druckmittelkreis für die Bewegung des Drosselorgans (13) angeordnete Ventil (31) nach dem Erreichen der Mischstellung B des Ausstoßkolbens (12) durch den Arbeitskolben (23) und das im Druckmittelkreis für die Bewegung des Arbeitskolbens (23) angeordnete Ventil (32) nach dem Herausschieben des Drossel­ organs (13) aus der Mischkammer (2) durch den Kolben (16) des Drosselorgans geschaltet wird.

2. Mischkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (31 bzw. 32) mit Steuerleitungen (28 bzw. 29) verbunden sind, welche in den Druckraum (30) vor der größeren Stellfläche (23 a) des Arbeitskolbens (23) bzw. in den den Kolben (16) des Drossel­ organs (13) in die Drosselstellung beaufschlagenden Druckraum (15) führen, wobei die Öffnungen (27) bzw. (20) der Steuerleitungen in den jeweiligen Druckräumen durch die zugehörigen Kolben (23) bzw. (16) verschließbar sind.