DE3873426T2

DE3873426T2 - Verfahren und apparat zum mischen von mindestens zwei fluessigkeiten und zufuehren dieser fluessigkeiten in eine form.

Info

Publication number: DE3873426T2
Application number: DE8888108975T
Authority: DE
Inventors: Paul Lapaire
Original assignee: IMMOFINBET IMMOBILIEN FINANZ U
Current assignee: Ct Chem Trade Ltd Dublin Ie
Priority date: 1987-06-09
Filing date: 1988-06-04
Publication date: 1993-03-11
Anticipated expiration: 2008-06-05
Also published as: DE3873426D1; ATE79072T1; EP0294733B1; EP0294733A3; IT8720849A0; EP0294733A2; IT1204702B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen und Einbringen von Elastomermaterial in eine Formanlage, insbesondere für Polyurethanprodukte (z. B. Schuhsohlen) und andere technische Gegenstände wie Räder, Zahnräder etc., entsprechend dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Das intensives Mischen der Komponenten (Monomere, Vernetzungsmittel, Katalysatoren, Pigmente, Weichmacher etc.) zum Bilden eines beispielsweise schaumartigen Produkts, ist durchaus kein leichtes Unterfangen.
Ein dynamischer Mischer erweist sich oft als ungeeignet, da sich an den Mischer selbst Ablagerungen bilden.
Dasselbe Problem kann in Geräten auftreten, bei denen die Komponenten durch Ausnutzung der Scherkräften, welche erzeugt werden, wenn flüssige Komponenten durch spezielle Vorrichtungen fließen, gemischt werden.
In einem bekannten Gerät werden die Komponenten einer Mischung - ausgehend von einem Behälter - über ein Regulierventilsystem zwei Dosierzylindern zugeführt, welche ihrerseits die Komponenten in zwei Kammern abgeben, die über eine Öffnung verbunden sind. Die Kammern sind mit Kolben versehen, die sich zum Mischen der Komponenten alternierend bewegen. Das Arbeitsprinzip dieser Vorrichtung ist unzweifelhaft einleuchtend, jedoch läßt auch dieses die Bildung von Ablagerungen zu. Diese können sich besonders an den Regulierventilen und den Leitungen bilden. Bei jedem Zyklus ergibt sich außerdem eine Totzeit aufgrund des Befüllens der Dosierzylinder.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Mischen zu verbessern, die Ablagerungsmöglichkeit der Komponenten auszuschließen und auch die Struktur der erhaltenen Produkte zu verbessern.
Eine weitere Aufgabe ist es, die aufgrund des Dosierens der Komponenten, wie auch des Waschens oder Säuberns der Vorrichtung auftretenden Totzeiten im Verfahren zu verringern.
Die obengenannten Aufgaben werden dadurch gelöst, daß unmittelbar stromaufwärts der Mischkammern, die wie oben beschrieben funktionieren, ein Rezirkulationskreislauf für jede Reaktionskomponente in der Reaktion vorgesehen ist, dieser Kreislauf ein Dosierventil aufweist und mit den Kammern über ein Dreiwegeventil verbunden ist, welches das Einbringen in die Kammern und anschließend, sobald die gewünschte Menge in die Kammer eingebracht worden ist, die Rezirkulation der Komponenten steuert.
Das Dreiwegeventil ist bevorzugt ein Plungerventil.
Die Mischkammerkolben sind bevorzugt mit Kolbenringen versehen. Diese ermöglichen das Erzielen von hohen Drücken, während sie gleichzeitig die Wände der Kammer abschaben, so daß keine Materialablagerungen auftreten können.
Die innerhalb der Mischkammern laufenden Kolben werden bevorzugt von Gegenkolben angetrieben, welche zu Hydrozylindern gehören, die, um nur einen geringen Raum in Anspruch zu nehmen, parallel zueinander ausgerichtet sind.
Das Verfahren sieht eine Niederdruckrezirkulation (ungefähr 1 bis 15 bar) für jede Reaktionskomponente der Mischreaktion und ein Hochdruckmischen und -einbringen (ungefähr 100 bis 300 bar) vor.
Bevorzugt wird nur einer der beiden Hydrokolben während der Mischstufe betätigt. Sobald der erste seinen Arbeitstakt beendet hat, wird der zweite Hydrokolben bewegt usw. Die Kolben werden alternierend bewegt, jeweils nur einer zu einem Zeitpunkt. Agiert einer als Antrieb, so wird der andere bewegt.
Das Material wird der Mischkammer über das Ventil bei niedrigem Druck zugeführt, indem der Druck des Mischkreislaufs abgebaut wird. Das Einfüllen kann zusätzlich dadurch unterstützt werden, daß der Kolben innerhalb der entsprechenden Mischkammer gleichzeitig um ein geringeres Volumen bewegt wird, als das der eingefüllten Flüssigkeitsmenge, damit keine Luft in der Kammer verbleibt.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann außerdem mit einem Ventil, bevorzugt einem Schließventil, versehen sein, welches mit seinem Auslaß in eine Kammer geeignet angebracht ist und es erlaubt, Farbstoffe (oder andere Zusätze) der Mischung zuzusetzen.
Beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Zeichnung dargestellt. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Vergrößerung der Mischkammern mit allen Ventilen wie auch den Mitteln zum Zuführen von Additiven und
Fig. 3 eine weitere Vergrößerung eines Teiles der Fig. 2.
In Fig. 1 sind zwei Anordnungen mit einem Behälter 1 dargestellt, der mit einem Rührwerk 2 versehen ist, und an dessen Boden eine Leitung 3 mit einer Dosierpumpe 4 angeschlossen ist, während eine Rückflußleitung 5 mit dessen oberen Ende in Verbindung steht. Beide Leitungen 3 und 5 verbinden den Behälter 1 mit einem Dreiwegeventil 6, welches einen Kolbenschieber (deutlicher in Fig. 2 und 3 dargestellt) aufweist. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist mit vier Ventilen 6 versehen, welche zu vier Behältern 1 führen, von denen zwei in Fig. 1 dargestellt sind.
Jedes Ventile 6 läßt Flüssigkeit in eine Kammer 7 oder 12 ein, welche Kolben 8 bzw. 11 enthalten. Die Kammer 7 ist über eine Drossel 9, welche sich in einem Block 10 befindet, mit der Kammer 12 verbunden, die identisch mit der Kammer 7 ist. Der Kolben 8 ist einstückig mit einem Gegenkolben 13, welcher sich in einem Hydrozylinder 14 befindet, während der Kolben 11 einstückig mit einem Gegenkolben 15 ist, der sich in einem Zylinder 16 befindet, wobei die Achsen der Kolben bevorzugt parallel angeordnet sind.
Der Block 10 weist zwei Kanäle 22 und 23 auf, die die oberen Enden der zwei Kammern 7 und 12 über die Drossel 9 verbinden. Letztere können aus einer Reihe von Zapfen 29 bestehen, die dicht nebeneinander senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnet sind. Ein verschiebbare Stange 29' die senkrecht zu den Achsen der Kolben und der Kanäle 22 und 23 angebracht ist, stellt die Verbindung zur Form her, oder schließt diese Verbindung, um die Mischung von einer zur anderen Kammer fließen zu lassen.
Das Ventil 6 ist detailliert in Fig. 3 dargestellt. Aus dieser ist ersichtlich, daß die Flüssigkeit dann, wenn sich der Kolbenschieber 19 in seiner angehobenen Stellung (schraffiert) befindet, in die Mischkammer 7 fließen kann, während dann, wenn Kolbenschieber 19 sich in seiner abgesenkten Position befindet, der Einlaß 18 der Kammer 7 geschlossen ist und die Flüssigkeit in die Rezirkulationsleitung 5 abgeleitet wird.
In Fig. 2 ist ein Schieberventil 20 dargestellt, welches von einem Kolben 32 gesteuert wird und an der Mischkammer 12 angebracht und mit diesen über einen Auslaß 21 verbunden ist. Das Schieberventil 20 enthält Farbstoff, der unter Druck über die Leitung 31 zugeführt wird. Wenn das Schieberventil 20 durch Betätigen des Kolbens 32 geöffnet ist, kann der Farbstoff unter Druck durch den Auslaß 21 in die Mischkammer 12 eingebracht werden. Der auf diese Weise den Komponenten der Mischung zugefügte Farbstoff kann homogen mit den anderen Komponenten, die in der Mischkammer enthalten sind, vermischt werden. Der derart zugefügte Farbstoff bildet einen homogenen Bestandteil der Mischung, die dann bei jedem Füllen der Form ausgetrieben wird. Die Mischkammern, die auch den Farbstoff enthalten, werden immer dann, wenn die Form gespeist wird, durch die Kolbenringe der Kolben gereinigt, so daß es möglich ist, verschiedene Farben auch kurz nacheinander einzusetzen, ohne daß die Vorrichtung gewaschen werden muß. Überdies kann das Schieberventil 20 ( oder andere ähnliche Ventile) auch andere Zusätze, z. B. Weichmacher, Flammschutzmittel etc., enthalten.
Die dargestellte Vorrichtung hat die Aufgabe, die flüssigen Komponenten einer Kunststoffmasse aus Polyurethan für den Formvorgang zu mischen und danach den Kunststoff in die Form einzubringen. Dies erfolgt, wie weiter unten beschrieben.
In der Ruhelage zirkulieren die Komponenten ausgehend vom Behälter 1 über das Dosierventil 4, die Leitung 3, das sich in Rezirkulationsstellung (Fig. 3) befindende Ventil 6 und die Rückflußleitung 5.
Soll eine Mischung hergestellt werden, werden zwei Ventile 6 betätigt, um die Rezirkulation zu unterbrechen und die betreffende Komponente in die Kammer 7 bzw. die Kammer 12 einzubringen. Ist eine vorgegebene Flüssigkeitsmenge in Kammer 7 und/oder 12 eingefüllt, werden die Ventile 6 wiederum in entgegengesetzter Richtung betätigt, so daß jede Reaktionskomponente fortwährend durch die Leitung 5 zurück in seinen entsprechenden Behälter 1 fließt. Auf diese Weise rezirkuliert das Material bei einem Druck von 1 bis 15 bar, wobei jedes Verweilen und damit jede Ablagerungsmöglichkeit vermieden wird. Sind Kammer 7, 12 einmal gefüllt, wird einer der Kolben 8 oder 11 betätigt und vollführt einen Arbeitstakt. Während dieses Taktes bewegt sich der andere Kolben nur deshalb, weil er durch die Flüssigkeit, die gemischt wird, angetrieben wird. Während des nächsten Taktes wird der Kolben, der vorher bewegt wurde, betätigt und fungiert nun als Antrieb, wenn dann der erste Kolben von seiner Antriebsfunktion in die einfache Bewegung wechselt. Diese alternierende Bewegung in den Zylindern 16 und 14 zwingt die Komponenten der Mischung, von der Kammer 7 durch die Drossel 9 in die Kammer 12 zu wechseln und umgekehrt. Da immer nur ein Kolben als Antriebskolben arbeitet, nämlich der Druckkolben, wird das Eindringen von Luft in die Mischung verhindert. Nach einer bestimmten Anzahl von Durchgängen, während derer die Flüssigkeit einem Druck von 100 bis 300 bar unterworfen ist, ist eine intensive Vermischung der Komponenten erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird die verschiebbare Stange 25 betätigt und stellt eine Verbindung zwischen den Kanälen 22 und 23 und der Form her. Zur gleichen Zeit werden die Kolben 8 und 11 in die selbe Richtung angetrieben (in diesem Zustand arbeiten beide Zylinder 14 und 16 als Antrieb), um das Material durch eine Düse, die dem Block 10 angehört, einzuspeisen. Die Kolben 8 und 11 sind mit Kolbenringen versehen, um die Wände der Kammern 7 und 12 abzuschaben und sind in geeigneter Weise geformt, damit sie perfekt an den Wänden ihrer betreffenden Mischkammern abdichten, so daß keine Ablagerungen darin verbleiben. Am Ende eines Einspeisungsvorgangs ist der Inhalt der Kammern 7 und 12 Null. Sie sind damit für eine neue Charge von Komponenten aufnahmebereit.

Claims

1. Vorrichtung zum Mischen und Einspeisen von flüssigem Elastomermaterial mit zwei Kammern (7 und 12), die miteinander über eine Drossel (9) verbunden und mit Kolben (8 und 11) versehen sind, welche bei alternierender Hubbewegung das intensive Mischen der Komponenten und anschließend bei gleichsinniger Hubbewegung das Einspeisen in die Form besorgen, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts der Mischkammern (7, 12) für jede Komponente ein Rezirkulationskreis vorgesehen ist, der jeden Komponentenbehälter mit seiner entsprechenden Kammer über ein Dreiwegeventil (6) verbindet, das Ventil die Zuführung und die Rezirkulierung jeder Reaktionskomponente steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (8 und 11) der Mischkammern (7 und 12) mit Kolbenringen versehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb der Mischkammern (7 und 12) laufenden Kolben (8 und 11) parallele Achsen aufweisen und durch zu Hydrozylindern (14 und 16) gehörende Gegenkolben (13 und 15) angetrieben sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Ventil (20) zum Einbringen eines Farbstoffes in die Mischung aufweist, welches mit seinem Auslaß (21) geeignet an der Kammer (12) angebracht ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegeventil (6) mit einem Kolbenschieber (19) versehen ist.

6. Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (9) aus einer Reihe von Stiften (29) besteht, die senkrecht zur Strömungsrichtung gelagert sind.

7. Verfahren zum Mischen und Einspeisen von durch Reaktion wenigstens zweier Komponenten erhaltenen Elastomerkunststoffen in einer Vorrichtung, die zwei über eine Drossel (9) verbundene und mit Kolben (8, 11) versehene Kammern (7, 12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jede dieser Komponenten unmittelbar den Mischkammern mit einem niedrigen Druck (weniger als 15 Bar) über einen Rezirkulationskreislauf (3, 5) zugeführt wird, und daß der Mischvorgang unter einem Druck von 100- 300 Bar durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einbringen einer Komponente in die Mischkammern (7, 12) eine geringe Verschiebung der innerhalb der Kammer enthaltenen Kolben (8, 11) stattfindet, wobei das Maß dieser Verschiebung niedriger als der wirkliche Füllungshub ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß während der Mischstufe immer nur ein Kolben (8, 11) betätigt wird, indem die Antriebsphasen des einen und die Leerlaufphasen des anderen alternierend aufeinanderfolgen, so daß bei jedem Hub nur ein Kolben - nämlich der Presskolben - als Antrieb fungiert, während der andere von der Mischung selbst bewegt wird, wodurch das Eindringen von Luft in die Mischung verhindert wird.