DE4003294A1 - Kreislaufblock fuer mischkoepfe, insbesondere parallelduesenkoepfe, fuer eine polyuretanschaeumanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kreislaufblock der im Ober­ begriff des Anspruchs 1 der genannten Art.

Mischköpfe werden für die Vermischung von zwei Komponenten, Polyol und Isocyanat, im Hochdruckverfahren verwendet. Polyol und Iso­ cyanat werden in den unterschiedlichsten Zusammensetzungen und Mengenanteilen zur Vermischung und Reaktion gebracht. Immer größer werdende, herzustellende Teile und kürzere Reaktionszeiten bringen die Anlagen an die Grenze ihrer Leistung.

Isocyanat ist ein flüssiges Medium, welches nicht kompressibel ist. Polyol hat in seiner Ursprungsform ähnliche Fließeigenschaften, braucht aber überwiegend für eine gute Reaktion mit Isocyanat eine sehr hohe Luftbeladung, z. B. bis 60% und mehr.

Dieses hoch komprimierbare Material braucht sehr große Vorlauf­ mengen, um den Arbeitsdruck von 200 bar zu erreichen.

Bei bekannten Kreislaufblöcken fällt der Druck nach jedem Schuß durch die offene Kreislaufdüse auf das Niveau von z. B. 8 bar ab, das im Arbeitskessel für dieses Medium herrscht. Daher muß der Druckaufbau für den nächsten Schußabruf wieder auf diesem niedrigen Druckniveau beginnen und ausgehend davon einen Arbeitsdruck von z. B. ca. 200 bar erzeugt werden. Das hat erhebliche Nachteile. Der Arbeitszyklus dauert lange, da dieser Druckaufbau Zeit benötigt. Es sind nur geringe Austragsleistungen möglich.

Die Größe zu schäumender Teile ist daher begrenzt. Auch ergibt sich eine relativ große Ausschußquote, weil sich das Medium bei Schuß­ abruf nur im Toleranzbereich des Arbeitsdruckes befindet, aber nicht seinen eigentlichen Sollwert erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kreislaufblock der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, der hier Abhilfe schafft und diese Nachteile beseitigt, insbe­ sondere einen zu starken Druckabfall verhindert.

Diese Aufgabe ist bei einem Kreislaufblock der eingangs genann­ ten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale Kennzeichnungs­ teil 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen enthalten die übrigen Ansprüche 2 bis 8, auf die hier allesamt zur Vermeidung wört­ licher Wiederholungen Bezug genommen ist.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht. Es wird verhindert, daß durch den Kreislaufblock ein Druckabfall bis zum Druckniveau geschieht. Vielmehr bewirkt der die Düsennadel in Schließrichtung belastende Hydraulikdruck, daß in der Kreislaufdüse ein Öffnungsdruck von z. B. 30-40 bar eingestellt wird und somit der Systemdruck nur auf diesen Wert absinken kann. Bei gleicher Austragsleistung ergibt sich ein schnellerer Druckaufbau, so daß mehr Material für die Dosierung in die Form gelangen kann. Eine Dosiermaschine arbeitet in Kreislauf für jedes Medium wie folgt, was nachfolgend anhand von Fig. 1 und Fig. 2 und dabei nur für eines der beiden Medien erläutert ist.

Der Plunger 1 wird im Saughub aus dem Verdichterzylinder 2 ausge­ fahren. Dabei strömt über ein geöffnetes Ventil 3 in die Leitung 4 aus dem zugeordneten Arbeitskessel 5 das mit 8 bar vorgespannte Medium nach. Hat der Plunger 1 seine Ausgangsstellung erreicht, wird das Ventil 3 geschlossen, bei noch ausgefahrenen Plunger 1. Das gesamte Kreislaufsystem in den Leitungen 7, 8, 9 und in dem aus Schäumblock 11 und Kreislaufblock 12 bestehenden Mischkopf 10 hat sich jetzt auf das Druckniveau des Arbeitskessels entspannt, denn in dieser Phase ist der Mediumskreislauf, je Düsennadel 13 der Kreislaufdüse 14 geöffnet, so daß das Medium aus der Leitung 7 durch den Schäumblock 11 und den Kreislaufblock 12 und im Rück­ lauf über die Leitung 9 in den Arbeitskessel 5 zurückfließen kann.

Jetzt beginnt der Arbeitshub. Der Plunger 1 wird mit der jeweils für die Größe der zu schäumenden Teile unterschiedlichen Geschwin­ digkeit in den Verdichterzylinder 2 eingefahren.

Das Medium strömt jetzt über das am Anfang der Druckleitung 7 sitzende Rückschlagventil 6 zum Mischkopf 10 und dort in die zugeordnete Schäumdüse 15 des Schäumblocks 11 und ferner über einen Ringraum 16 darin und über die Leitung 8 dann in den zuge­ ordneten Kreislaufblock 12, deren geöffneter Kreislaufdüsenquer­ schnitt gleich dem der zum Schuß in die Form öffnenden zugeord­ neten Schäumdüse 15 des Schäumblocks 11 ist, da keine Druckunter­ schiede auftreten dürfen.

Für den Schuß wird über den eintauchenden Plunger das Material so lange verdichtet, bis 200 bar über die Fließgeschwindigkeit und den offenen Querschnitt der Kreislaufdüse 14 erreicht sind. Bei Schußabruf in die Schäumform wird im Kreislaufblock 12 die Düsennadel 13 hydraulisch herabgepreßt, und zwar durch Hydraulik­ medium, welches durch eine Steuereinrichtung 42 mit einem Steuer­ ventil 43, z. B. in Form eines 2/4-Wege-Hydraulikventils 25, gesteuert wird und über die Hydraulikleitung 17 mit Rückschlag­ ventil 18 in den Ringraum 19, und dort auf die Kolbenfläche 20 der Düsennadel 13 wirkt. Die Schäumdüse 15 und 21 wird über die gleiche hydraulische Steuerung von 17 über den Ringraum 22 im Schäumblock 11 aufgerissen, wobei der Hydraulikdruck auf die Kol­ benflächen 23 und 24 von Schäumdüse 15 und 21 wirkt. Das entsperr­ bare Rückschlagventil 27 wird durch die an 17 angeschlossene Steuerleitung 41 geöffnet, und ermöglicht das Abfließen vom Hydrau­ liköl aus Ringraum 28. Am Ende des Schusses wird durch Umschalten des 2/4-Wege-Hydraulikventils 25 die Schäumdüse 15 und 21 über die Hydraulikleitung 26 und das offene Rückschlagventil 27 unter Hydraulikdruck, der über Ringraum 28 in Schäumblock 11 auf Kolben­ fläche 29 und 30 von Schäumdüse 15 und 21 wirkt, geschlossen. Unter dem Druck, der in der Hydraulikleitung 26 herrscht, wird das entsperrbare Rückschlagventil 33 in der tankseitig dann offenen Leitung 32, 39 geöffnet. Bei der Kreislaufdüse 14 fällt die hydrau­ lische Schließkraft, die auf die Kolbenfläche 20 der Düsennadel 13 wirkt, dadurch ab, so daß diese entlastet wird. Geöffnet wird sie von dem immer noch fließenden Material.

Der Arbeitshub ist jetzt beendet, und der Plunger 1 geht wieder in den Saughub über. Jetzt könnte sich das vorher auf 200 bar verdichtete Material wieder auf 8 bar entspannen. Der Druckaufbau für den nächsten Schußabruf müßte dann wieder bei 8 bar beginnen.

Dies ist gerade für stark kompressibles Material, wie luftbeladenes Polyol mit sehr langer Druckaufbauphase bis ca. 30 bis 40 bar, sehr ungünstig. Das wird jedoch durch ein besonderes, an die Hydraulik­ leitung 26 angeschlossenes einstellbares Druckreduzierventil 31 in Leitung 32 und ein Rückschlagventil 18 in der Leitung 17 verhindert. Über die unter Hydraulikdruck stehende Leitung 26 wirkt Druck im Ringraum 28 auf Schäumdüsenkolbenfläche 29 und 30 im Schließsinne. Über die Hydraulikleitung 32 und mittels des vorher am DR 31 ein­ gestellten, beliebig veränderbaren Druckes und dahinter über die Hydraulikleitung 17 wirkt im Ringraum 19 des Kreislaufblocks 12, und damit auf Kolbenfläche 20 des Kreislaufdüse 14, ein Schließ­ druck zum Schließen der Düsennadel 13, der über das geschlossene Rückschlagventil 18 aufrechterhalten bleibt. Der Druckaufbau in Ringraum 22 von Schäumblock 11, der auf Schäumdüsenkolbenfläche 23 und 24 im Öffnungssinne wirkt, ist völlig unerheblich, da den ca. 20 bar Hydraulikdruck auf der kleinen Kolbenfläche 180 bar in Schließrichtung auf der großen Kolbenfläche entgegenstehen. Durch die so erreichte Druckhaltung kann sich nach Dosierende zwischen dem Rückschlagventil 6 im Anfang der Druckleitung 7 und dem Abgang der Kreislaufdüse 14 der Druck nicht mehr auf 8 bar entspannen. Er wird dauernd auf einstellbarem höheren Niveau ge­ halten. So erreicht man, daß das fließende Material regelbar durch den einstellbaren Druck am Druckreduzierventil 13 bei ca. 30 bis 40 bar im gesamten Hochdruckbereich gestoppt wird, so daß dieser Druck für den nächsten Schußabruf als gespeicherte Kompo­ nente zur Verfügung steht. Der Druckaufbau kann also jetzt bei ca. 40 bis 50 bar beginnen, statt sonst bei 8 bar. Messungen haben ergeben, daß bei bestimmten Voraussetzungen sich die Dauer des Hochdruckaufbaues von 12 sec. auf 3 sec. reduziert hat.

Die Montage der hydraulischen Druckhaltung ist wie folgt; Dabei geht man von der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform aus. Das Druckreduzierventil 31 wird in die Hydraulikleitung 32 ein­ gesetzt, welche eine Verbindung zwischen den Hydraulikleitungen 26 und 17 herstellt. Wenn jetzt nach Schußende der Hydraulik­ druck aus Leitung 17 abfällt und gleichzeitig in Leitung 26 an­ steht, wird der Druck von Leitung 26 über die Hydraulikleitung 32 zum Druckreduzierventil 31 und von dort weiter in Leitung 32 über das offene Rückschlagventil 33 in Leitung 17 und weiter über Ringraum 19 auf die Kolbenfläche 20 von Düsennadel 13 geleitet. Dabei verhindert Rückschlagventil 18 ein Entweichen des Druckes in Richtung Tank. Die Düsennadel 13 wird durch den jetzt anstehen­ den Hydraulikdruck in den Düsensitz 34 gedrückt. Das auf ca. 40 bis 50 bar verdichtete Material steht jetzt im Ringraum 35 an und wirkt auf die dortige Ringfläche 36 der Düsennadel 13 im Öffnungs­ sinne. Erst bei einem Druck von über 50 bar wird die Düsennadel 13 gegen die Wirkung des Hydraulikdrucks angehoben, bis sie mit ihrer Kolbenfläche 20 formschlüssig am Ende des Anschlagbolzens 37 an­ schlägt, wodurch der vorher eingestellte Kreislaufdüsenquerschnitt bestimmt wird. Dabei kann das verdrängte Hydrauliköl über das ent­ sperrbare Rückschlagventil 33, welches zu dem Zeitpunkt über die Steuerleitung 38 vom anstehenden Druck in Hydraulikleitung 26 offengehalten wird, über die Tankleitung 39 und Rückschlagventil 40 in den drucklosen Teil von Hydraulikleitung 17 abfließen. Fällt der Mediumsdruck ab, wird bei ca. 40 bis 50 bar die Düsennadel 13 vom Hydraulikdruck in Ringraum 19 wieder in den Düsensitz 34 ge­ drückt. Damit ist die Kreislaufdüse 14 geschlossen, und das weitere Entspannen des Materials verhindert. Eine Druckaddition entsteht nicht.

Eine wesentliche Besonderheit der Erfindung liegt also in folgendem. Es ist ein Kreislaufblock 12 für Mischköpfe 11 insbesondere Paralleldüsenköpfe, für eine Polyurethan­ schäumanlage vorgesehen, mit einer Kreislaufdüse 14. Diese hat eine in einem Gehäuse geführte Düsennadel 13, welche mit ihrem Schließteil einen Düsensitz 34 im Mediumdurch­ gangskanal 8, 9 beherrscht. Die Düsennadel weist eine dem Mediumdruck ausgesetzte Ringfläche 36 auf und ist mittels dieser unter dem Mediumdruck öffenbar. Ferner ist eine hydraulische Steuereinrichtung 42 vorgesehen. Diese ent­ hält in den beiden Leitungen 26 und 17 ein umsteuerbares Steuerventil 43. Die eine Leitung 26 ist auf die Schließ­ seite und die andere Leitung 17 auf die Öffnungsseite des Mischkopfes 11 geführt. Je nach Stellung des Steuer­ ventils 43 wird entweder die Schließseite mit dem Arbeits­ druck zum Schließen des Mischkopfes 11 beaufschlagt oder statt dessen die Öffnungsseite, die mit einem Öffnungs­ druck beaufschlagt wird. Die zur Öffnungsseite führende Leitung 17 ist ferner mit dem Ringraum 19 des Kreislauf­ blockes 12 verbunden. Darüber ist dessen Düsennadel 13 zu­ gleich schließbar.

Ausgehend davon liegt eine weitere Besonderheit darin, daß die zum Ringraum 19 des Kreislaufblockes 12 führende Lei­ tung 17 ein Rückschlagventil 18 enthält, das zum Kreislauf­ block hin öffnet und gegensinnig schließt. Zwischen dem Rückschlagventil 18 und dem Kreislaufblock 12 ist an die Leitung 17 eine einstellbare Steuervorrichtung 31 ange­ schlossen, die in besonderer Ausgestaltung ein einstell­ bares Druckreduzierventil aufweist. Mittels dieser Steuer­ vorrichtung 31 ist im Ringraum 19 ein vorgebbarer erhöhter Druck einspeisbar und aufrechterhaltbar. Die Steuervorrich­ tung 31 ist mit einer Entlastungsleitung 39 an die eine Leitung 17 zwischen Steuerventil 43 und Rückschlagventil 18 angeschlossen. Die Steuervorrichtung 31 bewirkt bei Öff­ nungsbewegung der Düselnadel 13 unter dem Mediumdruck und bei über den vorgegebenen Druck steigendem Druck im Ring­ raum 19 einen Druckabbau auf den vorgegebenen Druck, was über die Entlastungsleitung 39 geschieht. Letztere enthält ein Rückschlagventil 40, das in Richtung zum Anschluß an die Leitung 17 öffnet und gegensinnig sperrt. In der An­ schlußleitung 32 ist ein druckentsperrbares Rückschlag­ ventil 33 angeordnet, das zur Leitung 17 hin öffnet und gegensinnig sperrt. Dieses Rückschlagventil 33 ist über eine gestrichelt angedeutete hydraulische Steuerleitung 38 an die Leitung 26 angeschlossen und entsperrbar.

Die Steuervorrichtung 31 ist mit einer Druckquelle ver­ bunden, über die der erhöhte Druck über die Steuervorrich­ tung 31 im Ringraum 19 einspeisbar ist. Beim gezeigten Aus­ führungsbeispiel dient als Druckquelle diejenige, von der über das Umsteuerventil 43 auch die Leitung 26 gespeist wird. An diese Leitung ist die Steuervorrichtung 31 über eine Verbindungsleitung 32a angeschlossen.

Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel be­ steht die Druckquelle, mit der die Steuervorrichtung 31 verbunden ist, aus einer separaten Druckquelle.

Bilderläuterung

 1 Plunger
 2 Verdichterzylinder
 3 Ventil
 4 Leitung
 5 Arbeitskessel
 6 Rückschlagventil
 7 Leitung 2 bis 11
 8 Leitung 11 bis 12
 9 Leitung 12 bis 5
10 Mischkopf
11 Mischkopfschäumblock
12 Mischkopfkreislaufblock
13 Düsennadel von 14
14 Kreislaufdüse von 12
15 Schäumdüse für ein Medium
16 Ringraum in 11
17 Hydraulikleitung von 25 zu 11 und 12
18 Rückschlagventil in 17
19 Ringraum für Hydrauliköl in 12
20 Kolbenfläche von 13
21 Schäumdüse für das zweite Medium
22 Ringraum zum Öffnen von 15 und 21
23 Kolbenfläche von 21 zum Öffnen
24 Kolbenfläche von 15 zum Öffnen
25 2/4-Wege-Hydraulikventil
26 Hydraulikleitung 25 zu 11
27 Entsperrbares Rückschlagventil in 26
28 Ringraum für Hydrauliköl in 11 zum Schließen von 15 und 21
29 Kolbenfläche von 15 zum Schließen
30 Kolbenfläche von 21 zum Schließen
31 Druckreduzierventil
32 Hydraulikleitung von 26 über 31 in 17
32a Verbindungsleitung
33 Entsperrbares Rückschlagventil
34 Düsensitz von 13
35 Ringraum für Medium in 12 36 Ringfläche von 13
37 Anschlagbolzen
38 Steuerleitung
39 Tankleitung
40 Rückschlagventil in 39
41 Steuerleitung von 17 in 27
42 Steuereinrichtung
43 Steuerventil

Claims (8)

1. Kreislaufblock für Mischköpfe, insbesondere Parallel­ düsenköpfe, für eine Polyurethanschäumanlage, mit einer Kreislaufdüse (14), die eine in einem Gehäuse geführte Düsennadel (13) aufweist, welche mit ihrem Schließteil einen Düsensitz (34) in einem Mediumdurchgangskanal (8, 9) beherrscht, wobei die Düsennadel (13) eine dem Medium­ druck ausgesetzte Ringfläche (36) aufweist und mittels dieser unter dem Mediumdruck öffenbar ist, und mit einer hydraulischen Steuereinrichtung (42), die ein umsteuerbares Steuerventil (43) in zwei Leitungen (26, 17) enthält, von denen die eine Leitung (26) auf die Schließseite und die andere Leitung (17) auf die Öff­ nungsseite des Mischkopfes (11) geführt ist und je nach Stellung des Steuerventils (43) die Schließseite mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt oder die Öffnungsseite mit einem Öffnungsdruck beaufschlagt, wobei die zur Öffnungsseite führende Leitung (17) ferner mit einem Ringraum (19) des Kreislaufblockes (12) verbunden ist und darüber dessen Düsennadel (13) zugleich schließ­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Ringraum (19) des Kreislaufblockes (12) führende Leitung (17) ein zu diesem hin öffnendes Rück­ schlagventil (18) aufweist und daß zwischen letzterem (18) und dem Kreislaufblock (12) an diese Leitung (17) eine einstellbare Steuervorrichtung (31) angeschlossen ist, mittels der im Ringraum (19) ein vorgebbarer er­ höhter Druck einspeisbar und aufrechterhaltbar ist und die mit einer Entlastungsleitung (39) an die eine Lei­ tung (17) zwischen Steuerventil (43) und Rückschlag­ ventil (18) angeschlossen ist und bei Öffnungsbewegung der Düsennadel (13) unter dem Mediumdruck und bei über den vorgegebenen Druck steigendem Druck im Ringraum (19) mittels der Entlastungsleitung (39) einen Druckab­ bau auf den vorgegebenen Druck bewirkt.

2. Kreislaufblock nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Entlastungsleitung (39) ein in Richtung zum Anschluß an die eine Leitung (17) öffnendes Rückschlagventil (40) enthält.

3. Kreislaufblock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der die Steuer­ vorrichtung (31) an die Leitung (17) anschließenden Anschlußleitung (32) ein zur Leitung (17) hin öffnendes Rückschlagventil (33) angeordnet ist, das als druckent­ sperrbares Rückschlagventil ausgebildet und über eine hydraulische Steuerleitung (38) an die andere, zur Schließseite des Mischkopfes (11) führende Leitung (26) angeschlossen ist.

4. Kreislaufblock nach einem der Ansprüche 1-3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuer­ vorrichtung (31) ein einstellbares Druckreduzierventil aufweist.

5. Kreislaufblock nach einem der Ansprüche 1-4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuer­ vorrichtung (31) mit einer Druckquelle verbunden ist, mittels der der erhöhte Druck über die Steuervorrichtung (31) im Ringraum (19) einspeisbar ist.

6. Kreislaufblock nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Druckquelle aus einer separaten Druckquelle besteht.

7. Kreislaufblock nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Druckquelle diejenige für die eine an die Schließseite des Mischkopfes (11) angeschlossene Leitung (26) dient.

8. Kreislaufblock nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (31) über eine Verbindungsleitung (32a) an die Leitung (26) angeschlossen ist.