DE3688036T2

DE3688036T2 - Hochdruckmischkopf fuer reaktive bestandteile.

Info

Publication number: DE3688036T2
Application number: DE8686201749T
Authority: DE
Inventors: Shirley Leidal; Hubert Admiral Maschinenf Mayr
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1985-10-08
Filing date: 1986-10-07
Publication date: 1993-06-24
Anticipated expiration: 2006-10-08
Also published as: EP0219167B1; CA1268014A; KR870700397A; JPS62502253A; EP0513938A2; AU620971B2; EP0219167A3; MX161284A; EP0513938A3; AR242345A1; DE3688036D1; WO1987002270A1; BR8606908A; EP0219167A2; MX172143B; AU5062690A; US4726933A; AU602493B2; AU6356886A; KR910000495B1

Description

Die Erfindung betrifft Hochdruckmischköpfe für wenigstens zwei reaktive Komponenten zum Reaktionseinspritzformen oder verstärkten Reaktionseinspritzform-Verfahren, wobei derartige Komponenten gemischt und die resultierende Mischung in eine formgebende Höhlung gegeben wird. Im besonderen betrifft die Erfindung einen Hochdruckmischkopf, welcher wenigstens eine erfindungsgemäße Einspritzventil für eine reaktive Komponente besitzt, die eine Vielzahl von reaktiven polymeren Komponenten zur nachfolgenden Einspritzung in eine Form mischt.
Reaktionseinspritzformen, das auch flüssiges Einspritzformen genannt wird stellt eine Technik zur Vereinigung flüssiger reaktiver Komponenten und deren Einspritzen in eine Gießform, in der sie sich unter Ausbildung eines fertigen polymeren Produkts verfestigen, dar. Die Vereinigung der Komponenten kann durch Ausrichten von aus 2 oder mehreren, jeweils unter hohem Druck stehenden, flüssigen reaktiven Komponenten bestehenden Strömen erreicht werden, um sie an einem gemeinsamen Punkt in einer Mischkammer eines Mischkopfes aufeinandertreffen zu lassen. Das Aufeinandertreffen der Komponenten bewirkt in der Mischkammer eine homogene Mischung des Materials, welche anschließend entweder unter Druck in eine mit den Mischkopf verbundene geschlossene Gießform eingespritzt, oder einfach in eine offene Gießform entleert wird. Verstärktes Reaktionseinspritzformen stellt eine Abänderung dieses Verfahrens dar, wobei eine der flüssigen reaktiven Komponenten, vor Überführung in die Mischkammer, mit einem verstärkenden Material, wie Glasfaser oder dergleichen gemischt wird.
Beispielsweise wird bei der Herstellung von Urethanprodukten eine Diisocyanat oder Polyisocyanatkomponente mit einer Diol- oder Polyolkomponente zur Herstellung der Reaktionsmischung umgesetzt, indem diese Komponenten getrennt in eine Mischkammer eingebracht, mittels aufeinanderprallen gemischt werden, und anschließend die innige Mischung aus der Kammer in eine Gießform, in der sich die Mischung absetzen kann, überführt wird. Ebenso ist bekannt, zu einer oder beiden Komponenten, oder zu deren Mischung ein zusätzliches Schäumungs- oder Treibmittel zuzusetzen, das das polymerisierende Harz zur Ausbildung von Zellen oder Poren darin expandieren kann. Für diesen Zweck geeignete Expansionsmittel umfassen solche, die normalerweise in flüssiger Form vorliegen, sich bei der Gießtemperatur jedoch verflüchtigen, solche, die im gasförmigen Zustand vorliegen und, bis das Material in die Gießform eingebracht wird unter Druck gehalten werden, und solche, die durch chemische Reaktion während und nach der Mischphase freigesetzt werden.
Im allgemeinen erfordern die Bedingungen, unter denen die beiden Komponenten gemischt werden, daß diese, bis zu dem Zeitpunkt, an dem sie in die Mischkammer gelangen, getrennt voneinander gehalten werden, da jeglicher vorzeitige Kontakt der zwei Komponenten miteinander eine Verhärtung des Materials zur Folge hat. Ein derartiger vorzeitiger Kontakt führt oftmals zu der Bildung einer Masse, die den weiteren Ausfluß einer oder beider Komponenten, oder der Mischung behindert. Um eine derartige Behinderung abzuwenden, werden beide Komponenten in einer äußerst flüssigen Form geliefert, mittels Pumpen oder dergleichen umgewälzt, und der Mischkammer nur, wenn die Reaktion zur Herstellung der Produktmischung zum Gießen erwünscht ist, durch unterschiedliche Mittel zugeleitet.
Eine in Keuerleber et al. U.S Patent Nr. 3.706.15 dargestellt Form umfaßt ein Rumpfteil mit einer verlängerten Bohrung, welche eine Mischkammer definiert. Eine Vielzahl von Düsenöffnungen öffnen sich in die Mischkammer, um reaktive polymere Komponenten in diese zu leiten. Die Öffnungen sind auf einen gemeinsamen Punkt in der Mischkammer ausgerichtet, um ein Aufeinandertreffen jeder Komponente mit allen Anderen zur entsprechenden Vermischung der Komponenten in eine homogene flüssige Masse zu bewirken. Der Fluß aller Komponenten durch alle Düsen wird parallel durch einen Preßkolben, der in der Mischkammer zur axialen hin- und hergehenden Bewegung eingefaßt ist, kontrolliert. Sobald der Preßkolben in seine Einspritzposition zurückgezogen ist, sind die Düsen in der Mischkammer offen, wobei die reaktiven Komponenten in Form von Strömen unter hoher Geschwindigkeit daraus heraustreten und aufeinanderprallen. Der Mischkopf umfaßt ebenfalls eine Vielzahl von Rückführleitungsmittel, von denen sich alle bei einer von der Düsenöffnung der entsprechenden Komponente axial versetzten Position in die Mischkammer hinein öffnen. Der Preßkolben ist mit einer Vielzahl von sich axial erstreckenden Nebenkanälen versehen, die, sobald sich der Preßkolben in einer ausgestreckten, Rezirkulationsposition befindet, zwischen der Düsenöffnung und den Rückführmitteln jeder Komponente entsprechende Verbindungen ausbilden, wobei ein geschlossener Kreislauf, der zu dem Vorrat der Komponente zurückführt ausgebildet, und gleichzeitig für eine Rezirkulation aller Komponenten gesorgt wird. Rezirkulation findet nur via eines bezüglich den Düsenöffnungen und den entsprechenden Ventilen externen Weges Statt. Es ist in dem Keuerleber et al.-Mischkopf weder möglich, die Komponenten einzeln zu rezirkulieren, noch den Rezirkulationsdruck jeder einzelnen rezirkulierenden Komponente durch an dem Kopf angebrachter Mittel, einzeln oder anders einzustellen.
In einer anderen Ausführungsform eines Mischkopfes wird eine zweite, zu der Gießform führenden Kammer zur Verfügung gestellt, die im wesentlichen im rechten Winkel zu der Mischkammer liegt, und wobei die Mischung aus dieser zweiten Kammer mit einem darin angeordneten zweiten Kolben, einem Preßkolben oder einer Ramme, immer wieder herausgetrieben wird. Fiorentini, U.S. Patent Nr. 4.322.335 offenbart einen Hochdruckmischkopf, in dem die zusätzliche Kammer die Beruhigung der höchst turbulenten, aus der Mischkammer in diese Kammer geleiteten Mischung bewirkt. Der zweite, in der Beruhigungskammer befindliche Kolben dient zur Reinigung des Kanals am Ende jeder Mischphase womit eine Verstopfung des Kanals durch die Reaktionsmischung verhindert wird. Der Aufbau der ersten Kammer, des Preßkolbens' und des Rezirkulationsmittels dieses Preßkolbens (die sich axial erstreckenden Nebenkanäle) sind im wesentlichen zu der in Keuerleber et. al. dargestellten identisch. Wieder geht findet Rezirkulation nur via eines bezüglich der Einspritzdüsen der reaktiven Komponente und der entsprechenden Vorrichtung externen Weges statt. Weder ist eine individuelle Rezirkulation der Komponenten möglich, noch die individuelle oder sonstgeartete Einstellung des Rezirkulationsdruckes jeder rezirkulierenden Komponente mittels an dem Mischkopf angebrachter Mittel.
Eine andere Ausführungsform des Mischkopfes umfaßt Mittel in den Einspritzventilen der reaktive Komponente, welche, wenn kein Mischen dieser Komponenten stattfindet, eine interne Rezirkulation der reaktiven Komponenten durch das Ventil erlauben. Schneider U.S. Patent Nr. 4.239.732 illustriert einen komplexen Reaktionseinspritzventilmechanismus, wobei eine Kombination eines festen Dosier-Preßkolbens und eines hin- und hergehenden Ventilteils, das eine interne Leitung mit einem begrenztem Auslaß, durch welches die reaktive Komponente fließen muß, besitzt, verwendet wird. Die Kraft der Flüssigkeit, die von der aus dem Durchtritt der Flüssigkeit durch die Beschränkung bewirkte Beschleunigung herrührt, trifft auf den festen Kolben, wenn sich dieser in seiner ausgestreckten, Rezirkulationsposition befindet, worauf der Zustrom der Komponente in die Mischkammer gestoppt und die Rezirkulation der Komponente gestartet wird. Schneider liefert keinen Mechanismus in dem Einspritzventil zum Beenden und Starten des Flusses des Reaktanden in die Mischkammer, - die Einspritzöffnung wird einfach durch den festen Kolben blockiert (siehe Fig. 3 und 4). Es wird kein Mechanismus für die Einstellung des Gießdruckes oder der Änderung des Flusses aus dem Ventil in die Mischkammer zur Verfügung gestellt. Das Schneider-Ventil funktioniert nicht, wenn der Preßkolben mit irgendeinem Art der Rezirkulation oder einem Nebenkanal, wie in Keuerleber et. al. U.S. Patent Nr. 3.706.515 offenbart, versehen wird, um einen Rezirkulationsweg außerhalb des Einspritzventils zur Verfügung zu stellen.
Noch eine andere Ausführungsform eines Mischkopfes ist in Boden et. al U.S. Patent Nr. 4.378.335 dargestellt, welcher eine externe Rezirkulation durch sich axial ausbreitende Nebenkanäle in einem Dosier-Kolben mit einem Einspritzventil, welches, obwohl keine Möglichkeit zur internen Rezirkulation besteht, Mittel zur Wahl des Gießdruckes oder Ändern des Flusses der reaktiven Komponente in die Reaktionskammer (Fig. 1) zur Verfügung stellt, vorsieht. Das Ventil umfaßt nur ein hin- und hergehendes Teil, das das Ventil öffnet und schließt und den Eintritt der reaktiven Komponente in die Mischkammer kontrolliert. In Boden et. al. findet sich weder eine interne Rezirkulation in diesem Ventil, noch wird irgendein Mechanismus zur Änderung des Flusses und/oder des Rückdruckes der rezirkulierenden reaktiven Komponente in dem Ventil zur Verfügung gestellt.
Boden et. al. offenbart auch eine zweite Ausführungsform eines Mischkopfes (Fig. 2), welcher keine außerhalb des Einspritzventils durch den Dosierkolben Stattfindende Rezirkulierung vorsieht. Statt dessen wird darin ein fester Kolben angeordnet. Mittel zur Wahl von wenigstens zwei Gießdrücken und/oder unterschiedlichen Positionen der einzelnen hin- und hergehenden Teile sind vorgesehen, wobei das Öffnen und Schließen des Ventils und der Eintritt der reaktiven Komponente in die Mischkammer kontrolliert wird. Während angeblich eine interne Rezirkulation einer reaktiven Komponente durch das Ventil vorgesehen ist, ist die tatsächlich Aufbau des Ventils (Fig. 2) für diese Funktion vollkommen unwirksam. In diesem Ventil ist kein Mechanismus vorgesehen, den Fluß und/oder Rückdruck der rezirkulierenden reaktiven Komponente zu ändern.
In EP-A-45.555 wird eine Vorrichtung zur Herstellung einer Mischung aus zwei oder mehreren synthetischen Komponenten und zu deren Zuführung in eine Gießform offenbart, wobei die Vorrichtung eine Mischkammer mit Einlaßöffnungen für die einzelnen Komponenten und eine gemeinsam Öffnung in Richtung der Gießform umfaßt; mit der Mischkammer ist ein Kontrollkolben verbunden, mit dem das Mischen der Komponenten begonnen oder mittels Öffnen oder Schließen der Öffnungen unterbrochen werden kann. Der Mischkammer stehen Einspritzunterstützungsmittel gegenüber, welche zur Einstellung von zwei Betriebspositionen, einer Komponenteneinspritzposition, wenn der Kontrollkolben den Beginn des Mischen ermögliche und einer Komponentenrezirkulationsposition sobald der Kontrollkolben das Mischen unterbricht, hydraulisch bewegt werden können. Mit dem Kontrollkolben ist ein zweiter Kolben verbunden, der zwischen zwei Positionen, einer zurückgezogenen Position in welcher der Ausgang der Mischkammer in einem variabel drosselbaren Ausmaß offen ist, und einer ausgetreckten Position, in welcher der Ausgang der Mischkammer geschlossen ist und die Leitung, die von dem Ausgang zu der Gießform führt geschlossen ist, beweglich ist.
Jedes dieser Systeme besitzt eine Vielzahl von gewichtigen Unzulänglichkeiten und Problemen. Ventile, die eine externe Rezirkulation nur über sich durch einen Dosier-Preßkolben axial erstreckende Nebenkanäle ermöglichen, erfordern eine gleichzeitige Rezirkulation der in die Mischkammer überführten reaktiven Komponenten. Mit diesen Anordnungen ist es nicht möglich einzelne, nicht alle in die Mischkammer überführten reaktiven Komponenten, selektiv zu rezirkulieren. Ventile, die nur einen ein/aus Strom einer reaktiven Komponente in die Mischkammer ermöglichen, machen einen zeitaufreibenden und teueren Ersatz von Düsenmittel oder Düsenöffnungen nötig, um eine Änderung des Gießdruckes oder der Menge des in die Mischkammer überführten Materials zu bewirken. Ventile, die eine interne, aber weder eine externe Rezirkulierung durch Nebenkanäle des Dosier- Preßkolbens, noch eine Einstellung des Rezirkulationsrückdruckes in dem Ventil ermöglichen, erschweren die richtige Einstellung des Rezirkulationsrückdruckes und die Aufrechterhaltung des Rezirkulationsdruckes in der Nähe des Gießdruckes an einem Punkt, der nahe genug an der Mischkammer liegt, um einen im wesentlichen sofortigen Wechsel der reaktiven Komponente von der Rezirkulations- zu der Einspritzart zu ermöglichen, und verlierend die Fähigkeit einen schnellen Umlauf mittels Rezirkulation durch einen externen, sich axial durch den Dosier- Preßkolben erstreckenden Nebenkanal für alle Komponenten gleichzeitig, wobei die gleichen reaktiven Komponenten kontinuierlich in die Mischkammer überführt werden.
Mit dem Aufkommen unterschiedlicher Urethanprodukten, insbesondere solcher, die zweierlei Dichten oder zweierlei Stärken aufweisen, wurden die Unzulänglichkeiten der verfügbaren Mischköpfe akut. Die Herstellung von Produkten mit zweierlei Festigkeit erfordern eine Vorrichtung mit einem Hochdruckmischkopf, der reaktive Komponente auswechselbar mischt, wobei in dem geformten Produkt zwei unterschiedliche polymere Dichten ausgebildet werden.
Ein Mechanismus zur Herstellung von Produkten mit zweierlei Dichten umfaßte die Verwendung zweier getrennter Hochdruckmischköpfe, wobei einer die reaktiven Chemikalien mischen kann, was zu einem polymeren Material einer ersten Dichte führt, und der andere andersartige reaktive Chemikalien mischen kann, was zu einem Material einer zweiten Dicht führt. Jeder Kopf mußt die Formulierung in die gleiche Gießform zur Herstellung des fertigen Produktes entleeren. Die Verwendung von zwei Köpfen weist viele Nachteile auf, einschließlich beträchtlicher Ausgaben, dem Gewicht der beiden Köpfe (was die Verwendung einer automatisierten Vorrichtung zur Überführung der Formulierung in die Gießformen aufgrund der begrenzten Gewichtstragefähigkeit der verfügbaren Vorrichtung in den meisten Fällen unmöglich macht), der Komplexität der der Zuführ- und Rezirkulationsleitungen und der begleitenden Ausrüstung, die die Verwendung zweier Köpfe mit sich bringt, und der Komplexität und der Kosten für die Systemkontrolle, die ein koordinierten Betrieb der zwei Köpfe erfordert.
Die Herstellung von Produkten mit zweierlei Dichte macht die Fähigkeit zur nahezu sofortigen Änderung der chemischen Zusammensetzung der Formulierung nötig, insbesondere wenn eine automatisierte Vorrichtung zum Transport der Mischausrüstung und Handhabung der Ausrüstung verwendet wird, um unterschiedliche Formulierungen in einer festgelegten Art in die Gießform zu bringen.
Der schnelle Wechsel der Materialdichte, der in einem Kopf durchgeführt werden sollte, erfordert die Kombination einer reaktiven Spezies A mit einer anderen B in einem ersten Zeitpunkt (beispielsweise dem Mischen durch Aufeinandertreffen von Polyol 1 mit Isocyanat), während eine dritte reaktive Spezies A* hin dem System irgendwie rezirkuliert. Das rezirkulierende Material müßte auf einem Rezirkulationsdruck, der sehr nahe zu dem erwünschten Gießdruck des Materials liegt, gehalten werden, da keine Zeit zum Aufbau eines Drucks vorhanden ist, wenn eine Änderung der Formulierung benötigt wird. Sobald eine Formulierung einer zweiten Dichte erwünscht wird, müßte der Fluß der ersten reaktiven Spezies, A, in den Mischbereich sofort zum Stillstand kommen, dieses Material in irgendeiner Weise rezirkuliert werden, und der A*-Reaktand von der Rezirkulation zur Einspritzung in die gleiche Mischkammer zum Mischen durch Aufeinandertreffen mit dem Reaktand B gebracht werden. Gleichzeitig müßte die Formulierung von dem Kopf zu der Gießform überführt, und die Mischkammer und jedwede Beruhigungskammer, zur Verhinderung von Verunreinigungen, von der Formulierung gereinigt werden. Aufgrund der Kombination eines schnellen Wechsels der Formulierungszusammensetzung mit der Notwendigkeit die Formulierung aus dem Kopf herauszutreiben, während Verunreinigungen verhindert werden sollen, sind die Anforderungen die an die Rezirkulierungsmöglichkeiten eines solchen Systems gestellt werden bis jetzt noch nicht erfüllt worden.
Infolgedessen besteht ein Bedürfnis nach einer Mischkopfvorrichtung, die eine Formulierung reaktiver Komponenten mit zweierlei Dichten zur Einführung in Gießformen ermöglicht, und zum Reaktionseinspritzformen und/oder verstärktem Reaktionseinspritzformverfahren nützlich sind, welche
1. nur einen Mischkopf zur Herstellung einer Formulierung mit zweierlei Dichten zur Herstellung eines geformten polymeren Produktes benötigt,
2. für jede reaktive Komponente die Möglichkeit zwischen internen und externen Rezirkulationswegen (bezüglich der Einspritzmittel der reaktiven Komponente) durch den Mischkopf vorsieht, um einen schnellen Wechsel zwischen Formulierungen unterschiedlicher Dichte zu ermöglichen, und zusätzlich Flexibilität, geeigneten Transport und Reinigung der gemischten Reaktanden aus dem Kopf ermöglicht,
3. einen internen, von einem externen unabhängigen Rezirkulationsweg vorsieht, wobei für jede reaktive Komponente sich axial erstreckende Nebenkanäle in einem messenden Preßkolben verwendet werden, und dadurch eine Möglichkeit einer unabhängigen Einspritzung und Rezirkulation für jede reaktive Komponente, die durch Dichtewechsel betroffen ist, gegeben wird, und zusätzlich einen im wesentlichen sofortigen Wechsel des erwünschten Gießdruckes ermöglicht;
4. eine unabhängige Einstellung und Festsetzung von sowohl den Gieß- als auch dem Rezirkulationsdrücken für jede reaktive Komponente "in dem Kopf" vorsieht, wobei der notwendige Druckausgleich zum schnellen wechsel an einem Punkt so nah wie möglich an der Stelle des Mischens durch Aufeinandertreffen in der Mischkammer angeordnet werden kann, während schnellere System Einstellungen und unabhängig Änderungen der vorher eingestellten Drücke einfach und schnell durchgeführt werden können; und
5. bei hohem Druck arbeitet, wobei ausgezeichnetes Mischen durch Techniken des Aufeinandertreffens erzielt werden.
Kein verfügbarer Mischkopf besitzt eine Kombination dieser Merkmale, im besonderen kann man nicht unter Rezirkulationswegen auswählen, einschließlich eines von einem externen Rezirkulationsweg unabhängigen internen Rezirkulationsweges via sich axial erstreckender Nebenkanäle in einem Dosier-Preßkolben, und auch keine Einstellung für den Gieß- sowie für den Rezirkulationsdruck "in dem Kopf".
Die Erfindung stellt infolgedessen einen Hochdruckmischkopf zur Mischung reaktiver Komponenten zur Verfügung, welcher umfaßt: eine mit einer Beruhigungskammer (3050) in Verbindung stehende Mischkammer (2050), eine mit dieser Mischkammer (2050) in Verbindung stehendes Reaktionseinspritzventil (600), einen ersten, zwischen einer zurückgezogenen Position, in welcher die Reaktionskomponente durch das Einspritzventil in die Mischkammer (2050) eingespritzt werden kann, und einer ausgefahrenen Position, in der das Material in der Mischkammer (2050) in die Beruhigungskammer (3050) überführt wird, beweglichen, in der Mischkammer (2050) befindlichen Preßkolben (2010), ein erstes Rezirkulationsleitungsmittel in der Mischkammer (2050) und einen ersten Preßkolben (2010) zur Rezirkulierung der durch das Einspritzventil (600), bei ausgefahrener Position des ersten Preßkolbens (2010), in die Mischkammer (2050) eingespritzten reaktiven Komponente, ein erstes hin- und hergehendes Mittel, das selektiv zwischen einer offen- und geschlossen Position zum selektiven Starten und Beenden der Entleerung der Reaktionskomponente aus dem Einspritzventil (600) beweglich ist, und ein zweites Rezirkulationsleitungsmittel innerhalb des Einspritzventils (600) zur Rezirkulierung der Reaktionskomponente, wenn das erste hin- und hergehende Mittel sich in der geschlossen- Position befindet, und die Entleerung der reaktiven Komponente aus dem Einspritzventil (600) in die Mischkammer (2050) verhindert, wobei der selektive Betrieb des ersten hin- und hergehenden Mittels einen selektiven Einsatz von nur einem oder dem anderen des ersten und zweiten Rezirkulationsdurchführungsmittel erlaubt.
Im besonderen stellt die Erfindung einen neuen Hochdruckmischkopf zur Mischung reaktiver Komponenten zum Reaktions- Einspritzformen oder verstärkten Reaktionseinspritzformverfahren zur Verfügung, welcher umfaßt:
A. einen Mischkopfkörper, welcher
1. eine erste Bohrung besitzt, die eine verlängerte Mischkammer definiert, wobei die Mischkammer an einem Ende geschlossen ist und eine Auslaßöffnung an dem anderen Ende aufweist;
2. wenigstens eine Einlaßöffnung in die Bohrung zur Einführung einer reaktiven Komponente in die Mischkammer durch Einspritzung durch diese besitzt;
3. wenigstens eine Auslaßführung aus der ersten Bohrung aufweist, welche axial im Abstand zu der Einlaßöffnung angeordnet ist;
4. eine zweite Bohrung, welche eine verlängerte Beruhigungskammer definiert, wobei die Kammer mit der Mischkammer in Verbindung steht und sich in etwa normal zu dieser bei der Öffnung erstreckt, und wobei die Beruhigungskammer ein Entleerungsende am von dieser Öffnung entfernten Ende aufweist.
Der erfindungsgemäße neue Hochdruckmischkopf und das erfindungsgemäße Reaktionskomponenteneinpritzventil ermöglicht die Herstellung von polymeren Produkten zweierlei Dichten mittels eines einzelnen, bis jetzt nicht verfügbaren Hochdruckkopf. Die Erfindung löst ein oder mehrere Bedürfnisse, die verfügbare Mischköpfe nicht erfüllen konnten, einschließlich des zur Verfügung stellen von Mischen durch Zusammentreffen unter hohem Druck zur Herstellung von Produktformulierungen zweierlei Dichten in einem Mischkopf, welcher Mittel für zwei unterschiedliche, unabhängige Rezirkulationswege aufweist: solche, die bezüglich des (der) Einspritzventils(e) der reaktiven Komponente intern, und solche, die bezüglich der Ventile extern verlaufen; wobei unabhängige Einspritzung und Rezirkulierung jeder reaktiven Komponente, deren Einführung zur Änderung der chemischen Zusammensetzung der Formulierung und damit der Dichte des geformten Produktes, verändert werden muß; und wobei eine unabhängige Regelung und Einstellung "in dem Kopf" sowohl des Gieß-, als auch des Rezirkulationsdrucks jeder reaktiven Komponente geliefert wird, wobei der notwendige Druckausgleich zum schnellen Wechsel an einem Punkt, so nah wie möglich an der Mischstelle durch Zusammentreffen in der Mischkammer eingerichtet werden konnte, und eine schnellere System-Einstellung und eine leicht und schnelle unabhängige Änderung des vorher eingestellten Druckes geliefert werden konnte.
Das neue erfindungsgemäße Komponenteneinspritzventil liefert selbst die bis jetzt nicht verfügbaren Fähigkeiten, einschließlich einen internen Rezirkulationsweg zu dem Ventil; Mittel, welche selektiv einstellbar sind die Düsenmittel in dem Ventil zu öffnen, teilweise zu öffnen oder zu schließen, wobei der Fluß der reaktiven Komponente und sein Gießdruck durch die Düse eingestellt werden kann; und Mittel zum selektiven Öffnen, teilweise öffnen oder zum Schließen des internen Rezirkulationsweges, wobei der Rezirkulationsfluß der reaktiven Komponente und deren Rezirkulationsdruck durch diesen Weg eingestellt werden kann.
Ein Gegenstand dieser Erfindung ist infolgedessen, einen Hochdruckmischkopf zum Mischen von reaktiven Komponenten durch Zusammentreffen zum Reaktionseinspritzformen oder zu verstärkten Reaktionseinspritzformenverfahren zur Verfügung zu stellen, um mannigfaltige Dichteformulierungen zur Herstellung von geformten polymeren Produkten zu liefern.
Ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung ist, einen einzelnen Hochdruckmischkopf mit zwei Rezirkulationswegen für jede reaktive Komponente zur Verfügung zu stellen, welche je nach Bedarf gewählt werden können, wobei einer der Wege von der Verwendung von sich axial erstreckenden Nebenkanälen in einem Dosier-Preßkolben unabhängig ist, und intern zu dem Einspritzinentil verläuft, und wodurch unabhängiges Einspritzen und Rezirkulationsvermögen für jede reaktive Komponente, die durch Dichtewechsel betroffen ist, geliefert wird, während ein im wesentlichen sofortiger Wechsel bei dem erwünschten Druck möglich ist.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Gegenstand ist, einen einzelnen Hochdruckmischkopf mit Mitteln zur unabhängigen Regulierung und Einstellung des Gieß- und des Rezirkulationsdruckes für jede einzelne Komponente "in dem Kopf" zur Verfügung zu stellen, wobei der notwendige Druckausgleich zum schnellen Wechsel an einem Punkt so nahe wie möglich an der Stelle des Mischens durch Zusammentreffen in der Mischkammer eingerichtet wird.
Noch ein weiterer erfindungsgemäßer Gegenstand ist ein neues Einspritzventil für eine reaktive Komponente mit einem internen Rezirkulationsweg zur Verfügung zu stellen; Mittel zum Öffnen, teilweise Öffnen oder zum Schließen des darin enthaltenen Düsenmittels, wobei der Strom der reaktiven Komponente und sein Gießdruck durch die Düse eingestellt werden kann; und Mittel welches zum Öffnen, teilweise öffnen oder schließen des internen Rezirkulationsweges selektiven eingestellt werden kann, wobei der Rezirkulationsdruck der Leitung eingestellt werden kann, zur Verfügung zu stellen. Weiter Ausführungsformen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche definiert.
Andere erfindungsgemäße Gegenstände und Vorteile werden bei Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich.
Fig. 1 stellt eine Aufsicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochdruckmischkopfes dar.
Fig. 2 stellt eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochdruckmischkopfes dar.
Fig. 3 stellt eine Ansicht eines entlang der Linie 3-3 in Fig. 2 vorgenommenen Schnitts, des Reaktionskomponenteneinspritzventils des erfindungsgemäßen Hochdruckmischkopfes dar.
Fig. 4 stellt eine detaillierte Ansicht des in Fig. 3 gezeigten Einspritzventils einer reaktiven Komponente dar.
Fig. 5 stellt eine Ansicht eines entlang der Linie 5-5 in
Fig. 4 vorgenommenen Schnitts, des Einspritzventils einer reaktiven Komponente dar.
Fig. 6 stellt eine detaillierte Ansicht eines, entlang der Linie 6-6 in Fig. 4 vorgenommenen Schnitts, des Einspritzventils einer reaktiven Komponente dar.
Fig. 7 stellt eine vergrößerte Ansicht eines internen Mittels des in Fig. 3 bis 5 dargestellten Einspritzventils einer reaktiven Komponente dar.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochdruckmischkopf es wird in den Fig. 1 bis 7 genauer dargestellt.
In Fig. 1 ist ein Hochdruckmischkopf (1000) verallgemeinert gezeigt. Als seine Hauptkomponenten besitzt der Hochdruckmischkopf ein Hochdruckmischkopfrumpfteil (999) und einen daran befestigten Dosier-Preßkolben Anordnung (2000), welche einen ersten Dosier-Preßkolben umfaßt, eine in Kombination mit diesem Rumpfteil definierte Mischkammer, und einen hydraulischen zweiseitig wirkenden Zylinder um dem Preßkolben eine zurückgezogene und ausgestreckte, hin- und hergehende axiale Bewegung bezüglich der longitudinalen Achse der Mischkammer zu ermöglichen. Hydraulische Leitungen (2001), (2002) stellen Nachschub- und Rückführungsleitungen für ein flüssiges Material dar, wobei diese Leitungen mit ,im Stand der Technik wohlbekannten Nachschub-, Druck- und Kontrollmitteln verbunden sind. Eine Reinigungskolbenvorrichtung (3000) befindet sich ebenfalls an dem Rumpfteil (999), wobei die Vorrichtung einen zweiten Reinigungskolben, eine in Kombination mit dem Rumpfteil definierte Beruhigungskammer, und einen hydraulischen, zweifach wirkenden Zylinder, um dem Kolben eine zurückgezogene und ausgestreckte, hin- und hergehende axiale Bewegung bezüglich der logitudinalen Achse der Beruhigungskammer zu verleihen. Die Vorrichtung (3000) ist so angeordnet, daß sich ihre longitudinale Achse im wesentlichen im rechten Winkel zu der der Dosier-Preßkolbenvorrichtung (2000) befindet. Der Aufbau der Dosier-Preßkolbenvorrichtung (2000) und der Reinigungskolbenvorrichtung (3000) bildet eine "L"-Struktur, und der Mischkopf kann als "L"- Mischkopf bezeichnet werden. Hydraulische Leitungen (3001) und (3002) stellen Nachschub- und Rückführungsleitungen für ein flüssiges Material dar, wobei die Leitungen weiter mit im Stand der Technik wohl bekannten Nachschub-, Druck- und Kontrollmitteln verbunden sind. Jede Kolbenvorrichtung besitzt Positionsbestimmungsmittel an ihrem von der Rumpfteilmitte entfernten Ende. Mittel (2003) auf der messenden Vorrichtung (2000) messen, wenn sich der messende Preßkolben in seiner maximal zurückgezogenen Position befindet. Mittel (3003) auf der Reinigungskolbenvorrichtung registrieren, wenn sich der Reinigungskolben in seiner maximal zurückgezogenen Position befindet. Diese Positionierungsmittel wirken zusammen mit den Nachschub-, Druck- und Kontrollmitteln für jede der Vorrichtungen, um ein sequentielles Zurückziehen und Ausstrecken jeder der Dosier- und reinigenden Kolben während des Betriebs des Mischkopfes zu ermöglichen, wie im folgenden genauer erklärt wird.
Die bevorzugte Ausführungsform ist so eingestellt, daß die Einspritzung von drei reaktiven Chemikalien in die Mischkammer in der Dosier-Vorrichtung (2000) ermöglicht wird. Diese Chemikalien können vorzugsweise ein Isocyanat, eine erste Polyolkomponente und eine zweite Polyolkomponente umfassen (zusätzliche Schaum- oder Treibmittel können, wenn erwünscht in die Nachschubleitung jeder dieser Komponenten, vorzugsweise in die eines Polyols, stromauf des Mischkopfes eingeführt werden). Eine durch Mischen mittels Aufeinandertreffen gebildete Mischung der reaktiven Komponenten, des Isocyanats mit der ersten Polyolkomponente, liefert einen flüssigen Schaum, der, nachdem das Formen vollendet ist zu einem Urethanprodukt mit einer ersten Dichte X umgewandelt wird. Eine durch Mischen durch Zusammentreffen gebildete Mischung der reaktiven Komponenten, des Isocyanats mit der zweiten Polyolkomponente, liefert einen flüssigen Schaum, der, nachdem das Formen abgeschlossen ist zu einem Urethanprodukt mit einer zweiten Dichte, Y, die größer oder kleiner als die Dichte X des ersten Produktes sein kann, umgewandelt wird.
Während zwei erfindungsgemäße Einspritzventile für reaktive Komponenten, Ventile (1) und (2), die im wesentlichen in der gleichen Ebene, normal zur Achse der Reinigungsvorrichtung (3000) und im wesentlichen parallel zur Achse der Dosier- Vorrichtung (2000) angeordnet sind, und ein Einspritzventil (3) für das Isocyanat, das in einem spitzen Winkel zur Achse der Reinigungskolbenvorrichtung (3000) angeordnet ist, die bevorzugte Ausführungsform umfassen, können zusätzliche erfindungsgemäße Einspritzventile für reaktive Komponenten in der Kammer radial angeordnet werden. Die Zahl der verwendbare erfindungsgemäßen Einspritzventile für reaktive Komponenten, ist nur durch physikalische Zwänge des Durchmessers der Mischkammer und der Größe des Mischkopfrumpfteils (999) begrenzt. Beispielsweise können vier Einspritzventile für reaktive Polyol-Komponenten radial so angeordnet werden, daß sie sich im wesentlichen in der gleichen Ebene, normal zu der longitudinalen Achse der Dosier-Vorrichtung (2000) (und in einer Ebene im wesentlichen parallel zu der longitudinalen Achse der Reinigungsvorrichtung (3000)), wobei das Isocyanat-Einspritzventil oberhalb dieser Ebene, in einem spitzen Winkel dazu, angeordnet ist. Auf diese Weise können alle 5 Einspritzdüsen so angeordnet werden, so daß sie sich deren Ströme im wesentlichen an dem selben Punkt in der Mischkammer treffen.
Das Isocyanat-Einspritzventil 3 (Fig. 1 und 2) ist, wie dargestellt, eine in der Technik wohl bekannte Einspritzdüse. Das neue erfindungsgemäße Reaktionskomponenteneinspritzventil kann jedoch zum Nachschub des Isocyanats in die Mischkammer verwendet werden. Das Isocyanat wird zu dem Einspritzventil (3) mittels einer Isocyanatnachschubsleitung (31) gebracht, und wird zu der Isocyanatquelle durch Leitung (30) zurückgeführt. Dosier- Pumpen, Lagerbehälter, Heizmittel und ähnliche Vorrichtungen (nicht gezeigt) machen den Rest eines derartigen Isocyanat- Nachschubsystems aus, wie dem Fachmann wohl bekannt ist.
Das Reaktionseinspritzventil (1), das eine erste reaktive Polyolkomponente in die in dem Rumpfteil (999) und der Vorrichtung (2000) angeordnete Mischkammer einbringt, ist mit einer Nachschubleitung (11) und zwei Rückführleitungen (12) und (13) versehen. Die Leitung (12) bringt das rezirkulierende Polyol zu der Polyolquelle zurück, sobald die Rezirkulation via eines zum Ventil externen Weges durchgeführt wird. Die Leitung (13) bringt das rezirkulierende Polyol zu der Polyolquelle zurück, wenn die Rezirkulation via einen zum Ventil internen Weg durchgeführt wird. Dosier-Pumpen, Lagerbehälter, Heizmittel und ähnliche Vorrichtungen (nicht gezeigt) machen den Rest dieses ersten Polyolnachschubsystems aus, was dem Fachmann wohl bekannt ist.
Das Reaktionseinspritzventil (2), das eine zweite reaktive Polyolkomponente in die in dem Rumpfteil (999) und der Vorrichtung (2000) angeordnete Mischkammer einbringt, ist mit einer Nachschubleitung (21) und zwei Rückführleitungen (22) und (23) versehen. Die Leitung (22) bringt das rezirkulierende Polyol zu seiner Herkunftsquelle zurück, wenn die Rezirkulation über einen zum Ventil externen Weg durchgeführt wird. Die Leitung (23) bringt das rezirkulierende Polyol zu seiner Herkunftsquelle zurück, wenn die Rezirkulierung über einen zum Ventil internen Weg durchgeführt wird. Dosier-Pumpen, Lagerbehälter, Heizmittel und ähnliche Vorrichtungen (nicht gezeigt) machen den Rest dieses zweiten Polyolnachschubsystems aus, was dem Fachmann wohl bekannt ist.
Die Montage des Mischkopfes wird durch Verwendung von Schrauben, die in mit Schraubengewinde versehenen, aufnehmenden Löchern in dem Rumpfteil (999), bei der Dosiervorrichtung (2000) (Schrauben (100)) aufgenommen werden. Die Säuberungsvorrichtung (3000) wird mit dem Rumpfteil (999) unter Verwendung von Schrauben (200), die in mit Schraubengewinde versehenden Löchern in der Vorrichtung aufgenommen werden, verbunden (Fig. 2). Jede der Reaktionskomponenteneinspritzventile jedes Polyols werden an ein Rumpfteil (601), das eine Kammer (660) für reaktive Komponenten besitzt, mittels Schrauben (101), die in mit Schraubengewinde versehenen Löchern in dem Rumpfteil (601) aufgenommen werden, verbunden. Der Rumpfteilteil (601) ist wiederum an den Mischkopf (999) mittels Schrauben (102), die in mit Schraubengewinde versehenen Löchern in diesem Rumpfteil aufgenommen werden, befestigt.
Die hydraulischen Leitungen (14) und (15) in dem Ventil (1) sind Nachschub- und Rückführungsleitungen für ein flüssiges Material, die weiter mit in der Technik gut bekannten Nachschub- Druck- und Kontrollmitteln (nicht gezeigt) verbunden sind, womit das erste und zweite hin- und hergehende Mittel in dem ersten Polyolventil (hiernach beschrieben) in Bewegung gesetzt wird. Die hydraulischen Leitungen (24) und (25) in dem Ventil (2) sind Nachschub- und Rückführungsleitungen für ein flüssiges Material, die weiter mit im Stand der Technik wohlbekannten Nachschub-, Druck- und Kontrollmittel (nicht gezeigt) verbunden sind, womit das erste und zweite sich hin und herbewegende Mittel in dem zweiten Polyolventil (hiernach beschrieben) in Bewegung gesetzt wird. Die hydraulische Leitung (32) stellt eine Nachschubleitung für ein flüssiges Material dar, die weiter, zusammen mit einer anderen in Fig. 1 und 2 nicht gezeigten Rückführungsleitung mit in der Technik wohlbekannten Nachschub-, Druck-, und Kontrollmittel (nicht gezeigt) verbunden ist, womit das Isocyanateinspritzmittel in Bewegung gesetzt wird.
Die positionsmäßige Verbindung zwischen dem Mischkopfrumpfteil (999), der Dosiervorrichtung (2000) und der Reinigungsvorrichtung (3000), und den jeweils eingeschlossenen Komponenten ist in Fig. 2 gezeigt. Die Dosiervorrichtung (2000) umfaßt einen ersten Dosier-Preßkolben (2010), der wiederum aus einem zweiseitig wirkenden Kolben (2020) und einem verlängerten axial sich erstreckenden Kolbenrumpfteil (2030) besteht. Der Kolbenrumpfteil (2030) wird abschließend und gleitend in einer ersten Bohrung (2050), die teilweise eine verlängerte Mischkammer definiert, die an dem zu der Position des Sensors (2003) proximalen Ende durch das Endes des Kolbenrumpfteils (2030) bei voll zurückgezogener und bei an einer Auslaßöffnung (2060) offenen Stellung geschlossen ist, aufgenommen. Durch Regulieren des flüssigen Nachschubs zu dem zweifach wirkenden Kolben (2020), so daß der Druck der Flüssigkeit auf die Oberfläche (2021) des Kolbens (durch Leitung (2002)) wirkt, kann der Preßkolbenrumpfteil bezüglich der Auslaßöffnung (2060) in eine aufwärts gerichtete Stellung zurückgezogen werden, so daß sein vom Kolben (2020) distal positioniertes Ende die Öffnung (2060) frei läßt, während gleichzeitig die in der äußeren Wand der ersten Bohrung (2050) angeordneten Einlaßöffnungen (500) frei bleiben. Dieser Teil der Bohrung (2050), der, wenn sich der Kolben (2020) in seiner obersten, zurückgezogenen Einspritzposition befindet nicht durch den Preßkolbenrumpfteil (2030) besetzt ist, umfaßt die Mischkammer des Mischkopfes.
Bei Ausüben des Druckes der Flüssigkeit auf die Oberfläche (2021) des zweifach wirkenden Kolbens (2020) (durch Leitung (2001)), wird der Kolbenrumpfteil (2030) von seiner zurückgezogenen, Einspritzposition zu seiner ausgestreckten, Rezirkulationsposition, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, versetzt. Beim Bewegen des Kolbenrumpfteils (2030) auf die Auslaßöffnung (2060) zu, dient das Ende des Kolbenrumpfteils dazu die ganze reaktive chemische Formulierung, die sich in der Mischkammer befindet herauszutreiben, und sie von den Materialien, die andernfalls aushärten und die Einspritzöffnungen und die Mischkammer blockieren würden, zu reinigen.
Die Bewegung des Kolbenrumpfteils (2030) bringt jede der sich axial erstreckenden Nebenkanäle (2080) mit einer Einspritzöffnung (500) und einer Auslaßöffnung (501) der Bohrung (2050) zur Deckung (Fig. 3). Die Öffnung (500) und die Eintrittsöffnung zur Leitung (501) sind koaxial angeordnet, wobei die Eintrittsöffnung axial in der äußeren Wand der Bohrung mit Bezug zur Mittellinie der Bohrung im Abstand angeordnet ist. Obwohl in Fig. 3 die Eintrittsöffnung zur Leitung (501) vertikal über der Öffnung (500) gezeigt ist, befindet sich diese ebenso in einer Position unterhalb der Öffnung (500).
Die Nebenkanäle (2080) sind so angeordnet, daß sie jedem angeordneten Paar einer Einlaßöffnung (500) und einer Auslaßöffnung (501), durch welche eine kombinierte Verbindung der Flüssigkeit zwischen jeder Einlaßöffnung (500) und Auslaßöffnung (501), die in die Mischkammer führen oder aus ihr herausführen ermöglicht wird, entsprechen. Es gibt einen in dem Kolbenrumpfteil (2080) angeordneten Nebenkanal (2030) für jede Öffnung, wobei alle die gleiche axiale Ausdehnung besitzen, und jeder durch verlängerte Fingergebiete (2070) von dem anderen getrennt ist. Aufgrund der räumlichen Anordnung der Einspritzventile für die reaktiven Komponenten und der Nebenkanäle, sind alle Kanäle (2080) mit allen Öffnungen (500) und Auslaßöffnungen (501) gleichzeitig in Deckung. Rezirkulierung der reaktiven Komponente aus der Öffnung (500) durch Nebenkanal (2080) in die Auslaßleitung (501) und aus dem Mischkopfrumpfteil (999) geschieht, wenn die reaktive Komponente weiter durch die Öffnung (500) eingespritzt wird. Die ausgestreckte Rezirkulationsposition des Kolbenrumpfteils (2030) liefert die Öffnung (500) zu dem Nebenkanal (2080) zur Auslaßleitung (501) mittels vollkommen externer Mittel bezüglich der Einspritzventile (1) und/oder (2) der reaktiven Komponente.
Der zur Bohrung (2050) passende Preßkolbenrumpfteil (2030) schließt notwendigerweise so gut wie mit normalen maschinentechnischen Mitteln möglich, ab, um ein Lecken der unter hohem Druck stehenden reaktiven Komponentenströme zu verhindern, wenn sie in die Mischkammer eingespritzt werden, bzw. wenn sie durch die sich axial erstreckende Nebenkanäle (2080) und Auslaßleitungen (501) vorgesehenen externen Wege rezirkulieren.
Bindung und/oder Festsetzen des Kolbenrumpfteils (2030) in der Bohrung (2050) wird durch umhüllen von im wesentlichen der ganzen Oberfläche des Preßkolbens mit einem Überzug aus einem Reibungs-verringernden Material verhindert. Der Preßkolben ist so ausgebildet, daß der Überzug nicht wegfließen oder in die Nebenkanäle (2080) gedrückt werden kann, indem die Wände des Preßkolbens, die die Nebenkanäle (2080) umgeben, so gebildet werden, daß sie abgesenkte Bereiche zur Aufnahme der reibungsverringernden Umhüllung ausbilden, wobei jedoch periphere durchgehende Metallbereiche (2071), die die entsprechenden Kanäle umgeben, verbleiben, um den notwendigen strukturellen Widerstand für die Umhüllung zu gewährleisten.
Die äußere Oberfläche des Kolbenrumpfteils (2030) wird mit einer Vertiefung, die den Preßkolben in der Mitte seiner Länge vollständig umgibt, und sich axial nach unten erstreckt, um die verlängerten Fingerbereiche (2070), die zwischen den Nebenkanälen liegen, und axial im gleichen Umfang wie die Nebenkanäle (2080) vorliegen, ausgebildet. Die Vertiefung ist in den Kolbenrumpfteil (2030) eingeprägt, um die Fingerbereiche (2070), die die Kanäle (2080) peripher umschließen und in den Bereich (2071) eingeschmolzen wurde am freien Ende des Preßkolbenrumpfteils zu lassen. Der Überzug ist in geeigneter Weise in dieser Vertiefung gesichert, beispielsweise mittels Verbinden, um einen Hauptanteil der tragendenden Oberfläche des Kolbenrumpfteils (2030) zur Verfügung zu stellen, die seitlich von der Vertiefung durch die Bereiche (2070), (2071), welche die Extrusion des Flusses unter Druck in die Nebenkanäle (2080) oder am Ende des freien Endes des Preßkolbenkörpers zu verhindern, unterstützt wird.
Der Überzug besteht vorzugsweise aus einem polymeren Material und definiert einen Kolbenkörperdurchmesser, der geringfügig größer ist als der Durchmesser der Bohrung (2050), bevor er in diese eingebracht wird, der jedoch beim Einbringen in die Bohrung (2050) komprimiert wird, und so eine dicht abschließende Dichtung ausbildet. Die Art des Reibungsverringernden Materials des Überzugs ist etwas kritisch. Es wurde gefunden, daß ein unter dem Warenzeichen "RULON" von der Dixon Corporation, Bristol, Rhode Island verkauftes Material zu diesem Zweck gut geeignet ist. Solch ein Material wird in den der Firma zugestandenen U.S. Patenten Nr. Re. 26.088 und 3.652.409 beschrieben. Im allgemeinen stellt es ein Verbundmaterial dar, das aus einer homogenen Mischung von drei Komponenten besteht, welche umfassen (a) Polytetrafluorethylen (PFTE), (b) ein Silikat wie Glas, Talk, Mica oder Aluminiumsilikat, und (c) ein metallisches Material wie Molybdän, Kupfer, Blei oder Silber. Zusätzliche Informationen über mehrere Arten des Produkts wird in einem Katalog der Dixon Corporation mit der Überschrift "Design Engineering Manual 101" gegeben. Ein anderes, als mögliches Äquivalent nützliches Material, umfaßt ein Homopolymer aus sich wiederholenden Einheiten von p-Oxybenzoyl, das unter dem Markennamen "Ekanol" durch die Carborundum Company, Niagara Falls, N.Y. verkauft wird, zusammen mit PFTE(Polytetrafluoroethylen)-polymer und Glasfasern.
Die Reinigungsvorrichtung (3000) ist, wie in Fig. 2 gezeigt, im wesentlichen im rechten Winkel zu der Dosiervorrichtung (2000) angeordnet, und umfaßt einen zweiten Reinigungspreßkolben (3010), der wiederum aus einem zweifach wirkenden Kolben (3020) und einem verlängerten, sich axial erstreckten Kolbenrumpfteil (3030) gebildet wird. Das Kolbenrumpfteil (3030) wird gleitend von einer zweiten Bohrung (3050) aufgenommen, die teilweise eine verlängerte Beruhigungskammer definiert, und am bezüglich der Lage des Positionssensors (3003) proximalen Ende durch das Ende des Preßkolbenrumpfteils geschlossen ist, wenn sich dieses in seiner vollkommen zurückgezogenen Stellung befindet, und an einer Auslaßöffnung (3060), die eine longitudinale Bohrung in der Ausgabedüse (4000) darstellt, offen ist. Die Düse (4000) stellt das Ausgangsmittel aus dem Mischkopf für die reaktive chemische Formulierung, die in Form eines flüssigen Schaums an diesem Punkt vorliegt, dar. Die Düse (4000) ist, beim Betrieb des Kopfes zur Herstellung geformter polymerer Produkte, oberhalb einer Form angeordnet und flüssiger Schaum wird daraus in die Form geliefert. Die Form wird anschließend geschlossen und geheizt, wobei eine chemische Reaktion stattfindet und das polymere Produkt entsteht.
Durch Regulierung des flüssigen Nachschubs zu dem zweifach wirkenden Kolben (3020), so daß der Druck der Flüssigkeit auf die Fläche (3021) dieses Kolbens (durch Leitung (3001) wirkt, kann das Kolbenrumpfteil (3030) in eine bezüglich der Düse (4000) nach innen gerichtete Richtung, weg von der Auslaßöffnung (3060) zurückgezogen werden, so daß sein von dem Kolben distales Ende (3020) die Öffnung (3060) frei läßt. Dieser Teil der Bohrung (3050), der, wenn sich der Kolben in seiner äußersten zurückgezogenen Stellung befindet, durch das Kolbenrumpfteil nicht besetzt ist, umfaßt die Beruhigungskammer des Mischkopfes. Die Flüssigkeit der reaktiven Komponenten, die durch Mischen der Komponenten durch Zusammentreffen in der durch den Kolbenrumpfteil (2030) und ,die Bohrung (2050) definierten Mischkammer unter hohem Druck entsteht, strömt durch eine Ausgangsöffnung (2060) und in eine Seitenwand der Bohrung (3050), wobei der rechte Winkel, den der Strom aus Bohrung (2050) zur Bohrung (3050) in die Auslaßöffnung (3060) einnimmt, dient dazu den turbulenten Strom im wesentlichen zu einem laminaren Strom umzuwandeln. Als Ergebnis wird die flüssige Reaktionsformulierung aus der Düse (4000), ohne Verspritzen der Formulierung, in die Form entleert.
Durch den auf die Fläche (3022) des zweifach wirkenden Kolbens (3020) (durch Leitung (3002)) ausgeübten Drucks der Flüssigkeit, wird das Kolbenrumpfteil (3030), wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt von seiner zurückgezogenen in seine ausgefahrene, Reinigungsposition versetzt. Beim Bewegen des Kolbenrumpfteils (3030) auf die Öffnung (3060) zu, dient das Ende des Preßkolbens dazu die gesamte, in der Beruhigungskammer vorhandene Formulierung der reaktiven Komponente hinauszutreiben, wobei die Formulierung, die andernfalls aushärten und die Beruhigungskammer und die Austrittsmittel des Mischkopfes blockieren könnten, beseitigt wird.
Die Reihenfolge der Bewegung der Preßkolben (2010) und (3010) während eines Mischzyklus, beginnt bei vollkommen zurückgezogener Stellung beider Preßkolben. Die reaktiven Komponenten werden in die Mischkammer, in die Bohrung (2050) eingespritzt, wo sie sich durch Zusammentreffen unter hohem Druck mischen und einen flüssigen Schaum bilden. Die Auslaßöffnung (2060), die nicht durch das Kolbenrumpfteil (3030) blockiert ist, ermöglicht dem flüssigen Schaum den Übertritt aus der Mischkammer in die Beruhigungskammer in der Bohrung (3050). Die Bewegung des Kolbenrumpfteils (2030) wird durch den Druck, den die Flüssigkeit auf die Oberfläche (2022) des Kolbens (2020) ausübt, gestartet, wobei der Preßkolben die Mischkammer entlang auf die Auslaßöffnung (2060) zu bewegt wird. Die ganze flüssige Formulierung wird durch die Ausgangsöffnung (2060) in die Beruhigungskammer getrieben. Die sich axial erstreckenden Nebenkanäle (2080) kommen gleichzeitig mit allen Einspritzöffnungen (500) zur Deckung, wobei eine Verbindung der Einspritzöffnungen zu jeder der in Deckung gebrachten Leitungen (501) ermöglicht wird. Die durch die Öffnungen eingespritzten reaktiven Komponenten werden dadurch durch die bezüglich ihrer entsprechenden Einspritzventile externen Wege rezirkuliert. Sobald das Kolbenrumpfteil (2030) die maximale Ausstreckung erreicht hat, wird die Bewegung des Kolbenrumpfteils (3030) durch Ausüben von Druck durch die Flüssigkeit auf die Fläche (3022) des Kolbens (3020) gestartet, wobei der Preßkolben entlang der Länge der Beruhigungskammer auf das Auslaßende (3060) zu getrieben wird. Die verbleibende flüssige Formulierung wird in ihrer Gesamtheit durch die Auslaßöffnung (3060) und die Düse (4000) in die nahe zur Düse liegende Umgebung getrieben. Bei normalem Betrieb wird die Formulierung in eine Form überführt. Der Preßkolbenkörer (3030) wird anschließend in seine vollkommen zurückgezogene Position gebracht, indem mittels Flüssigkeit ein Druck auf die Fläche (3021) des Kolbens (3020) ausgeübt wird. Der Preßkolbenrumpfteil (3020) wird sodann in seine vollkommen zurückgezogene Position gebracht, indem mittels Flüssigkeit ein Druck auf die Fläche (2021) des Kolbens (2020) ausgeübt wird. Der Positionssensor (3003) stellt fest, wann der Kolben (2020) seine maximale zurückgezogene Position erreicht hat, wobei diese Information mittels der Kontrollmittel zur Durchführung des beschriebenen Zyklus verwendet wird. Das Zurückziehen des Kolbenrumpfteils (2030) unterbricht den externen Rezirkulationsweg zwischen den Öffnungen (500), den Nebenkanälen (2080) und den Auslaßleitungen (501), was zu einer erneuten Einspritzung in die Mischkammer führt.
In dem erfindungsgemäßen Mischkopf gibt es keine Änderung des Rezirkulationsdruckes für die extern rezirkulierende reaktive Komponente zwischen den Öffnungen (500), Nebenkanälen (2080) und den Auslaßleitungen (501). Der Aufbau des Weges liefert jedoch bei Rezirkulation durch diesen einen gewissen ihm eigenen Rückdruck. Die Einstellung des Rezirkulationsdruckes in diesen Wegen kann, wenn geeignete Ventile oder andere beschränkende Mittel stromab der Leitungen (501) in den Rückführleitungen stromaufwärts der Pumpen und Lagertanks der notwendigen reaktiven Komponente installiert wurden, bewirkt werden.
Die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mischkopfes liefert ein flüssiges Reservoir (5) zur Einführung von Komponenten in die Mischkammer. Beispielsweise Di-octylphthalat kann der flüssigen Mischung aus dem Reservoir (5) zugeführt werden.
Eine zusätzliche Stelle zur Einführung einer anderen reaktiven oder nicht reaktiven Komponente ist bei Öffnung (900) vorgesehen, die gegenüber der Auslaßöffnung (2060) bei der Kreuzung der Bohrungen (2050) und (3050) zu finden ist, und die durch einen Pfropfen (901) bedeckt ist. Eine in der Technik bekannte Einspritzdüse oder ein erfindungsgemäßes Einspritzmittel kann statt dessen mit der Öffnung (900) verbunden sein. Irgendwelche Komponenten können an der Öffnung (900) der Formulierung zugesetzt werden, einschließlich beispielsweise ein Polyol, Färbemittel, ein in einem Polyol enthaltendes Färbemittel und/oder anderes Zusatzmaterial.
Die Reaktionskomponenteneinspritzventile der bevorzugten Ausführungsform werden in den Fig. 3 bis 7 am besten dargestellt. Die Ventile (1) und (2) sind, obwohl bezüglich der Bohrung (2050) entgegengesetzt ausgerichtet, im Aufbau identisch. Die Beschreibung der Funktion des Ventils (1) ist auch auf Ventil (2) übertragbar.
Das Einspritzventilrumpfteil (600) der reaktiven Komponente umfaßt den Rumpfteilteil (601) und das hin- und hergehende Rumpfteil (602). Die Rumpfteile sind so angeordnet, daß sie sich berühren, und, wie werden, zuvor beschrieben, durch die Schrauben (101) und (102) gesichert. Obwohl die Verwendung eines Ventilrumpfteils aus einem Stück in Betracht gezogen werden kann, erlaubt die zwei-Komponenten Aufbau eine leichtere Handhabung, größere Genauigkeit und die Möglichkeit eines schnellen Entfernen bzw. Austausch des Einspritzventils im Mischkopf.
Das Einspritzdüsenmittel umfaßt ein Öffnungsteil (604) und einen Einspritzkopf (605), die ineinandergepackt, eins innerhalb des anderen, in der zentralen axialen Bohrung (35) des Ventilrumpfteils (600) angeordnet sind. Das Öffnungsteil (604) ist in dem Rumpfteilteil (601) durch Bajonettstifte (603) gesichert, und so angeordnet, daß es radial nach innen, auf die Bohrung (35) zu gerichtet ist. Die Stifte passen in die in dem Öffnungsteil (604) vorgesehenen Öffnungen (606). Wenn das Ventilrumpfteil (600) an den Mischkopfrumpfteil (999) gesichert ist, befindet sich die Öffnung (604) mit der Einlaßöffnung (500) in Deckung und kann nicht entfernt werden. Die Entfernung der Stifte (102) löst jedoch das Ventil vom Mischkopfrumpfteil (999) das dann einfach und schnell abgenommen werden kann. Das Einspritzöffnungsteil (604) wird mittels Drehung um seine longitudinale Achse entfernt, um die Öffnungen (606) von den Bajonettstiften zu lösen, und ein neues Öffnungsteil kann an seine Stelle gesetzt werden und gemäß dem umgekehrt ablaufenden, oben beschriebenen Verfahren gesichert werden.
Der Einspritzkopf wird mit einem extern mit einem Gewinde versehenen Teil (607), das mit einem vorwärts gerichteten, intern mit einem Gewinde versehenen Teil eines ersten hin- und hergehenden Teils (620) verschraubt werden kann, versehen. Die Öffnungen (608) erstrecken sich, nach innen gerichtet, radial von einem nach unten gebogenen Teil (608) des Einspritzkopfes (605) in eine interne Bohrung (610) (Fig. 4 und 5), die sich rückwärts und nach innen auf das hin- und hergehende Teil (620) zu erstreckt. Ein weiterer nach unten gebogener Abschnitt (609) des Einspritzkopfes (605) erstreckt sich vom Bereich (608a) aus nach vorne. Ein Schulterteil (611) mit einem Durchmesser, der größer als der der nach unten gebogenen Teile (608a) und (609), und etwa gleich dem Rumpfteildurchmesser des mit einem Gewinde versehenen Teils (607) ist, erstreckt sich von dem Bereich (609) ausgehend nach außen. Der Durchmesser des Schulterteils (611) wird so gewählt, daß er größer als der Durchmesser der Bohrung (614), die sich durch das innere des Öffnungsteils (604) erstreckt, ist, wobei dieses Schulterteil zum Kontakt mit der rückwärtigen Seite (612) des Öffnungsteils (604) angepaßt ist, um als zweiter Stop für die Vorwärtsbewegung des Mischkopfes (605) in das Öffnungsteil (604) zu dienen.
Eine Vielzahl von radial verlaufenden Rippen (613) verlaufen von der Schulter (611) in Richtung einer Spitze (615) des Einspritzkopfes (605). Die Rippen (613) sind mittels Vertiefungen (616) voneinander getrennt, wobei die Kombination der Rippen und Vertiefungen dazu dient, den flüssigen Strom der reaktive Komponente auf zubrechen und zu verteilen, wenn er über den Einspritzkopf (605) verläuft. Solch ein Aufbrechen führt zu einem durch das Öffnungsteil (604) und die Öffnung (605) in die Mischkammer eingespritzen Spray der Komponente. Obwohl die Rippen als sich axial erstreckend und parallel zueinander dargestellt sind, kann ein helikales oder zusammengerolltes Muster ebenfalls verwendet werden, womit ein größeres Aufbrechen des unter hohem Druck stehenden flüssigen Stromes bewirkt werden kann. Die Spitze (615) des Einspritzkopfes (605) ist im wesentlichen von frustokonischer Form, und so gearbeitet, daß es gegen einen komplementären vordersten Teil (619) in der Bohrung (614) des Öffnungsteils (604) positioniert ist. Das Anliegen der Spitze gegen das Sitz-Teil (619) muß ausreichend dicht sein, um bei geschlossenem Position des Ventils jeglichen Unerwünschten Strom der reaktiven Komponente durch das Öffnungsteil (604) und die Öffnung (500) zu verhindern.
Ein O-Ring (41) ist zum Abdichten einer Vorderseite (618) des Öffnungsteils (604) gegen das Mischkopfrumpfteil (999) vorgesehen. Ein zweiter O-Ring (42) ist zum gleichen Zweck, an der Stelle, an der das Rumpfteilteil (601) mit dem Mischkopfrumpfteil einfügend in Kontakt tritt, vorgesehen.
Der Einspritzkopf (605) ist, wie bemerkt mit einem vorderen Teil der Bohrung (617) verschraubt, wobei sich die Bohrung durch die axiale oder longitudinale Ausdehnung des ersten hin- und hergehenden Teils (620) erstreckt. Der Durchmesser des mit einem Schraubengewinde versehenen vorderen Teil der Bohrung (617) ist größer als der äußere Durchmesser des Rezirkulationsüberzuges (621), der in die Bohrung gesetzt wird, bevor der Einspritzkopf durch Verschrauben an das erste hin- und hergehende Teil (620) angebracht und mit den Stiften (622) gesichert wurde. Das Innere der Bohrung (617) ist maschinell bearbeitet, um einen Sitz für den Rezirkulationsüberzug (621), der eine durch ihn gehende Bohrung (623) aufweist, zu liefern. Die Bohrung (623) in dem Überzug stellt ein im wesentlichen frustkonisch geformtes Eintrittsteil (624) und ein im wesentlichen frustokonisch geformt Austrittsteil (625) dar. Das Austrittsteil (625) ist maschinell bearbeitet, um zu dem frustokonischen Teil eines zweiten hin- und hergehenden Teils (650) komplementär zu sein, wobei eine Dichtung durch Kontaktieren des hin- und hergehenden Teils (650) mit dem Rezirkulationsüberzug gebildet wird. Der Überzug (621) besitzt ein Schulterteil (629) mit einem größeren Durchmesser als der des Rumpfteilteils (626), wobei der Schulterteil durch eine Schulter (630), die sich in die Bohrung (617) des hin- und hergehenden Teils (620) erstreckt, festgehalten wird. Das Rumpfteilteil (626) paßt koaxial auf die Oberfläche (631) der Schulter. Dadurch wird ein durchgehender Weg für Flüssigkeit von der Öffnung (608) zu der Bohrung (610) und der Bohrung (623) des Rezirkulationsüberzuges zur Verfügung gestellt.
Das erste hin- und hergehende Teil (620) ist in der zentralen axialen Bohrung (35) in dem Ventilrumpfteil (600) koaxial angeordnet. Ein vorderer Teil der in dem Rumpfteilteil (601) liegenden zentralen axialen Bohrung (35), weist einen Durchmesser auf, der größer ist als der des ersten äußeren Teils (632) des ersten hin- und hergehenden Teils (620). Der vordere Teil der Bohrung (35) enthält eine Kammer (660) für eine reaktive Komponente, die mit der Nachschubleitung (11) der reaktiven Komponente mittels der Leitung (661) in Verbindung steht. Die Kammer (660) für die reaktive Komponente weist keinen mit dem Öffnungsteil (604), der Bohrung (614) oder der Öffnung (500) dauernd in Verbindung stehenden Strom auf. Sie steht nur diskontinuierlich durch den vorderen Teil der zentralen axialen Bohrung (35) mit der Bohrung (614) durch das Öffnungsteil (604) und, wenn die Spitze (615) auf der Oberfläche (619) nicht abschließend aufsitzt, in Verbindung. Die rückwärts gerichtete Verbindung der Kammer (660) der reaktiven Komponente mit irgendwelchem zusätzlichem Teil der zentralen axialen Bohrung (35) wird durch die Anwesenheit eines Satzes von Dichtungen (43, 44), welche aus einer äußeren O-Ring Dichtung (43) und einer inneren Stufendichtung (44), die beide in einer ringförmigen Vertiefung in dem Rumpfteilteil (601) liegen, bestehen, verhindert. Am meisten bevorzugt ist, daß die Vertiefung maschinell in die Fläche des Rumpfteils (601) an seiner Verbindung mit dem Rumpfteilteil (602) eingearbeitet ist (Fig. 3).
Das erste hin- und hergehende Teil (620) besitzt einen zweiten externen Teil (633) mit einem Durchmesser, der größer ist als der des ersten Teils (632), und bildet eine Schulter (632a) dazwischen aus. Das zweite Teil (633) besitzt einen Durchmesser, der kleiner ist als der des zweifach wirkenden Kolbenteils (634) (Fig. 7). Mit Bezug zu der Einspritzöffnung (604) rückwärts, ändert sich der Durchmesser der zentralen axialen Bohrung (35) in dem Rumpfteil (603), wobei sich dieser von einem Durchmesser, der ein gleitendes Einfügen des ersten externen Teils (632) des ersten hin- und hergehenden Teils (620) zu einem Durchmesser, der ein gleitendes Einfügen dessen zweiten externen Teils (633) erlaubt, öffnet (Fig. 4-5, 7). Die Länge des ersten Teils (632) des ersten hin- und hergehenden Teils (620) mit dem kleineren Durchmesser ist dergestalt, daß es sich in den vergrößerten Teil der Bohrung (35) erstreckt, um dazwischen eine Rezirkulationskammer (670) für die reaktive Komponente auszubilden, die mittels Leitung (671) mit der Rückführungsleitung (13) verbunden ist. Die Kammer (670) weist keinen dauernden Strom zu weder der Kammer der reaktiven Komponente (660), noch zu der Nachschubleitung (11) auf; sie steht nur diskontinuierlich mit dieser Kammer (660) und der Nachschubleitung (11) in Verbindung. Die Rezirkulationsöffnungen (620) bewirken eine Verbindung für die Flüssigkeit aus dem externen Teil (632) zu der internen Bohrung (617) des Teils (620). Die Rezirkulierungsöffnungen (672) liefern, wenn das Teil (620) in seiner zentralen axialen Bohrung montiert ist, Mittel zur Verbindung für die Flüssigkeit zwischen der Bohrung (617) und der Rezirkulierungskammer (670).
Ein Paar Dichtungen (44) und (45) werden auf der äußeren Oberfläche des Teils (633) des ersten hin- und hergehenden Mittels (620) aufgebracht, wobei die Dichtungen aus einem inneren O-Ring (44a) und einer äußeren Dichtung (45) bestehen.
Das zweite hin- und hergehende Teil (650) ist in dem Inneren der Bohrung (617) des ersten hin- und hergehenden Teils (620) angeordnet. In der bevorzugten Ausführungsform umfaßt der interne Rezirkulationsweg des Ventils einen Teil der inneren Bohrung (617) des Teils (620). In anderen Ausführungsformen kann jedoch ein interner Rezirkulationsweg zur Verfügung gestellt werden, der die interne Bohrung (617) durch das erste hin- und hergehende Teil (620) nicht umfaßt. Statt dessen kann ein getrennter interner Rezirkulationsweg zur Verfügung gestellt werden, in dem das zweite hin- und hergehende Teil (650) stromab des Rezirkulationsüberzuges (621) angeordnet ist, und wobei dieses Teil (650) einen abdichtenden auf der frustokonischen Oberfläche (625) in der Bohrung (623) in der gleichen Art und Weise, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, aufliegt.
Zwei Sätze peripherer Dichtungen (46), (47) und (48), (49) umgeben den Rumpfteil des hin- und hergehenden Teils (650), wobei diese aus inneren O-Ring Dichtungen (46, 48) und äußeren Dichtungen (47, 49) bestehen, und eine gleitende Dichtung mit der komplementären Oberfläche der Bohrung (617) liefern (Fig. 3 und 7).
Die Länge des Rumpfteils des zweiten hin- und hergehenden Teils (650) ist dergestalt, daß sie nicht die Entfernung zwischen den radial angeordneten Rezirkulationsöffnungen (672) und den hydraulischen Öffnungen (675) übersteigt, wobei diese Öffnungen (675) mit der Bohrung (617) des Teils (620) rückwärtig von Teil (650) in Verbindung stehen, während die Öffnungen (672) mit der Bohrung (617), die sich vor dem Teil (650) befindet (mit Bezug zu Öffnungsteil (680)) in Verbindung stehen. Ein Abstandshalter-Ausdehnungsteil (680) mit vergrößertem Vorderteil ist in der Bohrung (617) rückwärtig des zweiten hin- und hergehenden Teils (650) angeordnet. Das Ausdehnungsteil (680) ist mit Dichtungen (50), (51) und (52), (53) versehen, die aus inneren O-Ring Dichtungen (50, 52) und äußeren Stufendichtungen (51, 53) bestehen. Die Dichtungen (50), (51), und (52), (53) liefern für das Teil (680) eine gleitende Dichtung mit der komplementären Oberfläche der Bohrung (617) (Fig. 3 und 7).
Das erste hin- und hergehende Mittel (620) schließt das zweifach wirkenden Kolbenteil (634) ein, das einen Flansch mit einem Durchmesser, der größer als der des zweiten Teils (633) ist, umfaßt. Die aus einem inneren O-Ring (54) und einer äußeren Dichtung bestehenden Dichtungen schließen mit dem komplementären Oberflächenteil (700) der zentralen axialen Bohrung (35) dichtend ab. Das Kolbenteil (634) besitzt eine Fläche (635), die nach vorn, gegen das Öffnungsteil (604) angeordnet ist, und eine Fläche (636), die rückwärts, von dem Öffnungsteil (604) weg, angeordnet ist. Die hydraulische Leitung (14) steht mit der, aus dem Oberflächenteil (700) der Bohrung (35), dem Kolbenteil (634) des hin- und hergehenden Teils (620) und dem Endabschluß (692) gebildeten Kammer, die an den Rumpfteilteil (602) mittels Stiften gesichert ist (Fig. 3) in Verbindung. Die hydraulische Leitung (15) steht mittels der Leitung (15a) mit der aus dem Oberflächenteil (700) der Bohrung (35) und dem Kolbenteil (634) des Teils (620) gebildeten Kammer in Verbindung. Der Endabschluß (692) besitzt einen nach vorn gerichteten ringförmigen Teil (693), deren äußere Oberfläche gleitend an dem komplementären Oberflächenteil (700) der Bohrung (35) anliegt, und deren innere Oberfläche an der äußeren Oberfläche (633a) des ersten hin- und hergehenden Teils (620) anliegt (Fig. 3 und 7). Ein dichtender Abschluß an dem Oberflächenteil (700) wird mittels eines O-Rings (56) gewährleistet. Der innere O-Ring (57) und der äußere Dichtungsring (58) liefern eine gleitende Dichtung mit der äußeren Oberfläche (633a) des Teils (620).
Der Endabschluß (692) schließt weiter ein rückwärts gerichteten ringförmigen Teil (694) ein, das innen mit einem Schraubengewinde versehen ist, um ein einstellbares, außen mit einem Schraubengewinde versehenes Stopteil (695) aufzunehmen. Das Stopteil (695) besitzt eine innere Oberfläche (695a), die eine Abschlußoberfläche (637) des Teils (620) berührt, wobei der nach hinten, von dem Öffnungsteil (604) weg gerichtete Weg des Teils (620) begrenzt wird. Ein zweites einstellbares Stopteil (690) ist extern mit einem Schraubengewinde versehen, um mit einer mit einem Schraubengewinde versehenen Bohrung (690a), die sich durch das erste Stopteil erstreckt, in Verbindung zu treten. Ein Sperrstift (691), ermöglicht bei zurückgezogener Stellung, eine von der Einstellung des ersten Stopteils (695), das mittels einer Festsetzschraube (697) und einem geteilten Gewinde, das durch die Schraube (697) erweiterbar ist, unabhängige Einstellung des zweiten Stopteils (690). Das von dem Festsetzstift distale Ende des zweiten Stopteils (690) berührt das Abstandsausdehnungsteil (680), das wiederum das zweite hin- und hergehende Teil (650) berührt, wobei der rückwärtige, weg von dem Öffnungsteil (621) führende Weg des Teils (650), unabhängig von der Begrenzung des rückwärtigen, von dem Öffnungsteil (604) wegführenden Weges von Teil (620), begrenzt wird.
Während die mit einem Schraubengewinde versehenen Stopteile (690) und (695), die manuelle Einstellung benötigen in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können andere in der Technik bekannte, einstellbare Mittel ebenfalls verwendet werden, einschließlich einstellbare Kolben-Stopmittel des Typs, wie sie in Boden, U.S. Paten Nr. 4.378.335, Schmitz et al., U.S. Patent Nr. 4.464.056 und Schmitz et al., U.S. Patent Nr. 4.497.579, sowie die Verwendung von mittels eines Steppermotors betriebenen einstellbaren Stopmittel, einschließlich der Verwendung unabhängiger Steppermotoren für jedes Mittel (690) und (695). Kombinationen zylindrischer, mit einem Schraubengewinde versehener, einstellbarer Stopmittel, einstellbarer Kolben-Stopmittel und/oder mit Steppermotor einstellbarer Stopmittel können verwendet werden, wobei solche Kombinationen einstellbare Kolben-Stopmittel für das erste hin- und hergehende Teil (620) und zylindrische, mit einem Schraubengewinde versehene Stopmittel für das zweite Mittel sowohl für sowohl das erste als auch das zweite sich hin- und herbewegende Teil (620, 650) einschließen.
Die allgemeine Montage des ersten und zweiten hin- und hergehenden Teils (620, 650) der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 7 gezeigt, die die verschiedenen Subkomponenten der auseinandergenommenen Vorrichtung in einer perspektivischen Darstellung zeigt. Zur Montage wird das zweite hin- und hergehenden Teil (650) in die rückwärtige Öffnung der Bohrung (617) des ersten hin- und hergehenden Teils (620) und anschließend wieder von der rückwärtigen Öffnung der Bohrung (617) das Abstandshalter-Ausdehnungsteil (680) eingeführt. Das Öffnungsteil (621) wird in die vorne liegende Öffnung der Bohrung (617) soweit eingeführt, bis die Schulter (629) an der aufnehmenden Schulter (630) in der Bohrung (617) des Teils (620) anliegt. Der Einspritzkopf (605) wird dann in den mit einem Schraubengewinde versehenen Teil (607) der Bohrung (617) geschraubt, und der Sperrstift, um den Kopf im Teil (620) zu sichern, in das Gewindeteil (607) geschraubt. Das Öffnungsteil (604) wird mittels Bajonettstiften (603) gesichert, bevor das Rumpfteil (601) an den Mischkopfrumpfteil (999) angebracht wird. Alle notwendigen Dichtungen wurden vorher auf die verschiedenen Komponenten angebracht. Die endgültige Montage des Ventils umfaßt die Insertion der montierten Komponenten in die Bohrung (700) des Ventilrumpfteils (600), nachdem der Rumpfteilteil (602) an den Rumpfteilteil (601) angebracht wurde. Das Abschlußteil (692), in das zuvor einstellbare Stopteile (690, 695) eingebracht wurden, wird anschließend an das Rumpfteilteil (602) angebracht, wobei das ringförmige Teil (693) das Teil (633a) des ersten hin- und hergehenden Teils (620) umgibt und an dieses gleitend anliegt. Die Schrauben (101) sichern die gesamte Ventilanordnung an den Rumpfteilteil (601) und das Mischkopfrumpfteil (999).
Der Betrieb des Reaktionskomponenteneinspritzventils der vorliegenden Erfindung ist unter Bezug zu einem Zyklus, welcher Einspritzen der reaktiven Komponente , Nachlassen der Einspritzung, interne Rezirkulation, und dem Nachlassen und der Wiederaufnahme der Einspritzung der reaktiven Komponente umfaßt, gezeigt.
Fig. 3 zeigt das Reaktionskomponenteneinspritzventil in dem internen Rezirkulationsstatus. Die Spitze (615) des Einspritzkopfes (605) befindet sich, abdichtend, in Kontakt mit der inneren Oberfläche (619) des Öffnungsteils (604), wobei jegliches Einspritzen der reaktiven Komponente in die Mischkammer verhindert wird. Der durch Leitung (14) geleitete hydraulische Druck wirkt gegen die rückwärtige Seite (636) des zweifach wirkenden Kolbenteils (634) des ersten hin- und hergehenden Teils (620), und treibt dieses Teil (620) gegen das Öffnungsteil (604), wobei der dichtende Kontakt zwischen der Spitze (615) und der Oberfläche (619) erhalten bleibt.
Eine reaktive Komponente gelangt durch Leitung (11) in die Kammer (660) und strömt, da sie nicht durch das Öffnungsteil (604) und die Öffnung (500) hinausgelangt durch die Öffnungen (608) in den Einspritzkopf (605) in die interne Bohrung (610) und dann in die Bohrung (623) in den Rezirkulationsüberzug (621). Der Druck der in die Bohrung (623) gelangenden reaktiven Komponente treibt das zweite hin- und hergehende Teil (650) zurück in die Bohrung (617), bis dieses auf das Abstandhalterausdehnungsteil (680) trifft, das wiederum das zweite einstellbare Stopteil (690) berührt, und beendet den rückwärtigen Weg des Teils (650). Diese Bewegung öffnet einen ringförmigen Durchgang zwischen dem vorwärts gerichteten frustokonischen Bereich des Teils (650) und der rückwärtig angeordneten frustokonischen Oberfläche (625) auf dem Rezirkulationsüberzug (621). Der ringförmige Durchgang stellt einen drosselnden Durchgang dar, dessen Dimension und folglich drosselnde Wirkung auf die rezirkulierende reaktive Komponente durch die Position des zweiten Stopteils (690) festgelegt wird. Das Stopteil (690) ist so angeordnet, daß es in das Ventil hineinreicht wobei die drosselnde Wirkung und der Rezirkulations-Rückdruck umso höher ausfällt, je enger der ringförmige Raum zwischen Teil (650) und dem Rezirkulationsüberzug (621) ist.
Nachdem die reaktive Komponente durch den Überzug (621) geflossen ist, tritt sie aus der Bohrung (617) durch die Rezirkulationsöffnungen und durch (672) aus und gelangt in die Rezirkulationskammer (670), die Leitung (671) und die interne Rezirkulationsrückführleitung (13). Der größere effektive Bereich der rückwärtigen Oberfläche (636) des Teils (634) des Teils (620) ermöglicht die Verwendung hydraulischer Flüssigkeit, die nur einen gering höheren Druck als die reaktive Komponente selbst aufweist, da die Komponente nur auf die Abschlußfläche der Bohrung (617) und der Sperrnut (622) wirkt, die einen viel kleineren effektiven Bereich als die Fläche (636) besitzen.
Um den Gießvorgang zu starten, wird der hydraulische Druck aus der Leitung (14) abgezogen, und auf Leitung (15) und (15a) gelegt. Der hydraulische Druck der Flüssigkeit wird dabei auf die vordere Seite (635) des Kolbenteils (634) des Teils (620), zur selben Zeit wie die Flüssigkeit durch die Öffnungen (675) in den Teil der Bohrung (617), der hinter dem zweiten hin- und hergehenden Teil (650) liegt, gelangt, ausgeübt. Aufgrund des vergrößerten Teils des Abstandshalter-Ausdehnungsteils (680) wird der hydraulische Druck auf die rückwärtige Oberfläche des Teils (650) geleitet, wobei dieses gegen den Überzug (621) gedrückt wird. Die auf den viel größeren Oberflächenbereich des Flächenteils (634) von Teil (620) ausgeübte Kraft, wirkt gleichzeitig um das Teil (620) nach hinten zurückzuziehen, wobei die Spitze (615) des Einspritzkopfes (605) von seiner an die Oberfläche (619) des Öffnungsteils (604) anliegenden Position zurückgezogen wird. Dieses Öffnen stellt für die einfließende reaktive Komponente, die durch das Öffnungsteil (604) und die Öffnung (500) in die Mischkammer einströmt augenblicklich den Weg des geringsten Widerstandes dar. Auf der anderen Seite vermindert der Strom rasch den verbleibenden Strom der rezirkulierenden reaktiven Komponente durch den Überzug (621), wobei der hydraulische Druck (von der Flüssigkeit, die durch die Öffnungen (675) strömt), den frustokonischen Teil gegen den komplementären Sitz (625) des Überzuges (621) treiben kann, wodurch der Rezirkulationsfluß gestoppt wird. Die rückwärts gerichtete Bewegung von (620) geht so lange, bis das Flächenende (637) auf die Fläche (695a) des ersten Stopteils (695), das einen weiteren rückwärtigen Weg beendet, trifft. Danach fließt die reaktive Komponente aus Leitung (11) in die Kammer (660) zwischen den Fingern (613), in die Vertiefungen (616), und die Bohrung (614) des Öffnungsteils (604), in den im wesentlichen frustokonischen Bereich zwischen der Spitze (615) und der Oberfläche (619) und aus dem Öffnungsteil (604) und aus der Öffnung (500) in die Mischkammer.
Die Entfernung zwischen der Spitze (615) und der Oberfläche (619) wird durch das erste Stopteil (695) festgelegt. Dieses wiederum stellt eine ringförmige drosselnde Leitung dar. Das Stopteil (695) ist vorwärts in den Ventilrumpfteil eingesetzt, wobei der Gießdruck umso höher ist, je enger der ringförmige Bereich ist. Änderung des Stopteils (695) verändert den Gießdruck.
Um den Zyklus zu vollenden, wird der hydraulische Druck von der Leitung (15) abgezogen, und auf die Leitung (14) gelegt. Der Druck wird somit auf die rückwärtige Seite (636) des Kolbenteils (634) des Teils (620) ausgeübt, wobei die Anordnung nach vorne getrieben wird und die Spitze (615) des Einspritzkopfes (605) mit der Oberfläche (619) des Öffnungsteils (604) abdichtend in Kontakt kommt. Dies wiederum beendet die Einspritzung der reaktiven Komponente in die und durch die Öffnung (500) in die Mischkammer. Die vorwärts gerichtete Bewegung des ersten hin- und hergehenden Teils (620) treibt die hydraulische Flüssigkeit vor die vordere Fläche (635) des Kolbenteils (634), wobei die Flüssigkeit durch die Leitung (15a) und durch die Leitung (15) herausgestoßen wird, was die Flüssigkeitsentleerungsöffnungen (675) öffnet. Sobald der Fluß der reaktiven Komponente durch das Öffnungsteil (604) nachläßt, fließt dieser erneut durch die Öffnungen (608) in die Bohrung (610), durch Bohrung (623) in dem Rezirkulationsüberzug (621), treibt das zweite hin- und hergehende Teil (650) zurück und öffnet den Zutritt zu den Öffnungen (672), der Leitung (671) und der Leitung (13).
Die zwei sich hin- und hergehenden Teile bewegen sich somit dauernd vor und zurück, wobei sich jedes zwischen den zwei Positionen hin- und herbewegt; während ein Teil vorne ist, ist das Andere hinten und dann umgekehrt. Das erste hin- und hergehende Teil (620) des erfindungsgemäßen Einspritzventils der reaktiven Komponente stellt somit ein Gießshuttle dar, und das zweite hin- und hergehende Teil (650) des Ventils ein Rezirkulationsschuttle. Beide wirken zusammen mit dem Öffnungsteil und dem Überzug (604 bzw. 621), um eine ringförmiges drosselndes Leitung für die reaktive Komponente zur Verfügung zu stellen, wenn diese in der Einspritz- und internen Rezirkulationsweise ist.
Die Nähe dieser drosselnden Punkte zueinander erlaubt einen engen und leicht aufrechtzuerhaltenden Druckausgleich zwischen der Gießart und der Rezirkulationsart. Dies wiederum erlaubt im wesentlichen einen sofortigen Übergang von interner Rezirkulation zur Einspritzung und umgekehrt, was eine wichtige Ventilcharakteristik darstellt, will man mittels Hochdruckmischen durch Aufeinandertreffen eine Mischung zweierlei Dichte zur Verfügung stellen.
Das Reaktionskomponentenventil der vorliegenden Erfindung wird hydraulisch bedient, um die Einspritzung zu starten, wobei gleichzeitig der interne Rezirkulationsweg hydraulisch geschlossen wird. Während das Nachlassen der Einspritzung mittels Schließen des Öffnungsteils (604) ebenfalls hydraulisch ausgeführt wird, wird das Öffnen des internen Rezirkulationsweges jedoch allein durch den Fluß der reaktiven Komponente, ohne irgendwelche hydraulischen Mittel, bewirkt. Nur wenn der interne Rezirkulationsweg gewählt wird, fließt die flüssige Reaktionskomponente in die Bohrung (617) in dem ersten hin- und hergehenden Teil (620); wenn sich das Ventil in seinem Einspritzmodus befindet, fließt keine reaktive Komponente durch die Bohrung (617) oder irgend ein anderes Teil des ersten oder zweiten sich hin- und herbewegenden Teils (620, 650) hindurch.

Claims

1. Hochdruckmischkopf zum Mischen reaktiver Komponenten umfassend:

eine Mischkammer (2050) die mit einer Beruhigungskammer (3050) in Verbindung steht,

ein Reaktionskomponenteneinspritzventil (600), das mit der Mischkammer (2050) in Verbindung steht,

einen ersten Preßkolben (2010) in der Mischkammer (2050), der zwischen einer zurückgezogenen Position, in der die Reaktionskomponente durch das Einspritzventil (600) in die Mischkammer (2050) eingespritzt werden kann, und einer ausgestreckten Position, in der das Material in der Mischkammer (2050) in die Beruhigungskammer (3050) entleert wird,

ein erstes Rezirkulationsleitungsmittel in der Mischkammer (2050) und einen ersten Preßkolben zur Rezirkulation einer durch das Einspritzventil (600) bei ausgestreckter Position des ersten Preßkolbens (2010) in die Mischkammer (2050) eingespritzten reaktiven Komponente,

ein erstes hin- und hergehendes Mittel, das sich selektiv zwischen offener und geschlossener Position bewegen kann, zum selektiven Beginnen und Beenden der Entleerung der Reaktionskomponente aus dem Einspritzventil (600), und

ein zweites sich innerhalb des Einspritzventils (600) befindliches Rezirkulationsleitungsmittel zur Rezirkulierung einer Reaktionskomponente wenn das erste hin- und hergehende Mittel sich in der geschlossen Position befindet und die Entleerung der reaktiven Komponente aus dem Einspritzventil (600) in die Mischkammer (2050) blockiert wird,

wobei der selektive Betrieb des ersten hin- und hergehenden Mittels die selektive Verwendung von nur dem einen oder dem anderen des ersten und zweiten Rezirkulationsleitungsmittel erlaubt.

2. Mischkopf nach Anspruch 1, worin das Einspritzventil umfaßt:

1) einen Ventilrumpfteil (600);

2) eine in diesem Rumpfteil angeordnete Einspritzdüse (500);

3) eine in dem Rumpfteil angeordnete Nachschubleitung (11) für eine reaktive Komponente, welche eine diskontinuierliche Verbindung für die Flüssigkeit mit der Düse besitzt;

4) ein in der Nachschubleitung für eine reaktive Komponente in dem Rumpfteil angeordnetes erstes hin- und hergehendes Teil (620), welches selektiv einstellbar ist, um die Düse zu öffnen, teilweise zu öffnen oder zu schließen;

5) eine in dem Rumpfteil angeordnete Rezirkulationsleitung einer reaktiven Komponente, welche eine diskontinuierliche Verbindung für die Flüssigkeit mit der Nachschubleitung besitzt; und

6) ein zweites hin- und hergehendes Teil (650), das innerhalb der Rezirkulationsleitung in dem Rumpfteil angeordnet ist, und selektiv einstellbar ist, um die Leitung zu öffnen, teilweise zu öffnen oder zu schließen.

3. Mischkopf nach Anspruch 1 oder 2, worin die Einspritzdüse (500) und das erste hin- und hergehende Teil koaxial angeordnet sind, und worin das erste hin- und hergehende Teil (620) bezüglich der Einspritzdüse hydraulisch positioniert ist.

4. Mischkopf nach Anspruch 1-3, worin die Einspritzdüse, das erste hin- und hergehende Teil, und das zweite hin- und hergehende Teil koaxial angeordnet sind, und worin das zweite hin- und hergehende Teil durch den Strom der rezirkulierenden reaktiven Komponente positioniert wird, wenn Rezirkulierung nach Einspritzung bewirkt wird, und hydraulisch positioniert wird, um die Rezirkulierung einzustellen und Einspritzung wiederaufzunehmen.

5. Mischkopf nach Anspruch 1-4, einschließlich eines ersten einstellbaren Stopteils (695), das in dem Weg des ersten hin- und hergehenden Teils (620) angeordnet ist, wobei wenigstens eine offene Position des ersten hin- und hergehenden Teils bezüglich der Düse durch Kontakt des hin- und her gehenden Teils damit festgelegt ist.

6. Mischkopf nach Ansprüchen 1-5, worin das Einspritzventil (600) ein zweites einstellbares Stopteil (690) einschließt, das in dem Weg des zweiten hin- und hergehenden Teils (650) angeordnet ist, wobei wenigstens eine offene Position des zweiten hin- und hergehenden Teils bezüglich der Rezirkulationsleitung durch Kontakt des ersten hin- und hergehenden Teils damit, eingestellt werden kann.

7. Mischkopf nach den Ansprüchen 1-6, worin das Einspritzventil (600) ein Öffnungsteil (604) einschließt, das innerhalb der Rezirkulationsleitung stromaufwärts des zweiten hin- und hergehenden Teils (650) angeordnet ist, wobei das Öffnungsteil zusammen mit dem zweiten hin- und hergehenden Teil für die durch die Leitung rezirkulierende reaktive Komponente ein Drosselmittel ausbildet, wobei der Abstand des Öffnungsteils von dem zweiten hin- und hergehenden Teils den Grad der Drosselung festlegt.

8. Mischkopf nach den Ansprüchen 2-7, worin das erste und zweite hin- und hergehende Teil (620, 650) des Einspritzventils (600) koaxial angeordnete Shuttle- Ventile sind.

9. Mischkopf nach einem der Ansprüche 2-8, worin das erste hin- und hergehende Teil (620) eine durch das Teil hindurchgehende longitudinale Bohrung (617) aufweist, wobei das zweite hin- und hergehende Teil (650) in der Bohrung angeordnet ist.

10. Mischkopf nach einem der Ansprüche 2-9, worin das erste und zweite hin- und hergehende Teil im wesentlichen frustokonische Oberflächen, die gegen die Düse gerichtet sind, aufweisen.

11. Mischkopf nach Anspruch 6, worin das erste einstellbare Stopteil (695) ein zylindrisches Teil umfaßt, das mit Aufnehmmittel in dem Ventilrumpfteil verschraubt ist.

12. Mischkopf nach Ansprüchen 4-11, worin das erste einstellbare Stopteil (695) einen in dem Ventilrumpfteil des ersten hin- und hergehenden Teiles (620) versetzbaren Kolben umfaßt, und damit eine Kammer definiert, die dazu ausgelegt ist, ein hydraulisches Medium aufzunehmen, und worin ein Ende des Kolbens eine Begrenzung für das erste hin- und hergehende Teil darstellt.

13. Mischkopf nach Ansprüchen 6-12, worin das zweite einstellbare Stopteil (690) ein zylindrisches Teil umfaßt, das mit Aufnehmmittel in dem ersten einstellbaren Stopteil für das erste hin- und hergehende Teil verschraubt ist, und welches unabhängig von dem ersten einstellbaren Stopteil für das erste hin- und hergehende Teil einstellbar ist.

14. Mischkopf nach Anspruch 6-13, worin das zweite einstellbare Stopteil (690) ein Kolbenteil umfaßt, welches in dem Ventilrumpfteil versetzbar ist, und damit eine Kammer definiert, die dazu ausgelegt ist ein hydraulisches Medium aufzunehmen, und worin ein Ende des Kolbens ein zweites einstellbares Stopteil (690) für das zweite hin- und hergehende Teil (650) darstellt.

15. Mischkopf nach Ansprüchen 1-14, worin ein Nebenkanal (2080) eine Öffnung einschließt, die sich axial von der Einlaßöffnung entfernt befindet und axial mit dieser in gerader Linie angeordnet ist, und der Strom der reaktiven Komponente in axialer Richtung durch die Einlaßöffnung und in entgegengesetzt axialer Richtung durch die Öffnung fließt.

16. Verwendung des Mischkopfes nach einem der Ansprüche 1-15 zum Mischen von wenigstens zwei reaktiven Komponenten und Zuführen der daraus resultierenden Mischung in eine Formhöhlung in einem Verfahren zum Reaktionseinspritzformen oder verstärktem Reaktionseinspritzformen.