DE4005562C2 - Kreislaufblock für Mischköpfe, insbesondere Paralleldüsenköpfe, für eine Polyurethanschäumanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kreislaufblock für Mischköpfe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 der genannten Art.

Mischköpfe werden für die Vermischung von zwei Komponenten, Polyol und Isocyanat, im Hochdruckverfahren verwendet. Polyol und Isocyanat 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 Vorlaufmengen, um den Arbeitsdruck von 200 bar zu erreichen. Deshalb ist für jede gasbeladene Komponente, die bei der Polyurethan-Herstellung zum Einsatz kommt (DE 34 16 442 C2), eine Druckspeicherung wichtig. Nach jedem Schuß durch die offene Kreislaufdüse fällt der Druck 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 ein 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 Schußabruf nur im Toleranzbereich des Arbeitsdruckes befindet, aber nicht seinen eigentlichen Sollwert erreicht.

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

Diese Aufgabe ist bei einem Kreislaufblock der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen enthalten die übrigen Ansprü­ che 2 bis 5, auf die hier allesamt zur Vermeidung wörtlicher Wiederholungen Bezug genommen ist.

Die Erfindung hat zwei wesentliche Eigenschaften. Die eine ist der Vorteil, daß während des Intervalls die Kreislaufdüsen in Schließrichtung nicht druckbeaufschlagt sind. Wird die Polyure­ thananlage im Intervallbetrieb gefahren, werden beide Medien in Fließrichtung bewegt, um einmal im System die Temperatur konstant zu halten. Beim Medium Polyol ist außer der hohen Gasbeladung auch noch Glasfaser im Verhältnis von ca. 3 Teilen Polyol und 1 Teil Glas beigemischt, welche später dem fertigen Kunststoff­ teil die Stabilität gibt. Würde also die Kreislaufdüse im Kreis­ laufblock permanent mit Hydraulikdruck in Schließrichtung belas­ tet, müsste der Mediumsdruck die Düsennadel bei jedem Intervall entgegen dem Hydraulikdruck anheben. Die an der Kreislaufdüsen­ spitze entstehende hohe Fließgeschwindigkeit läßt die Glasfaser­ teilchen brechen und im längeren Intervallbetrieb zu kleinsten Kügelchen werden. Dies wiederum wirkt sich negativ auf die Stabi­ lität der Teile aus. Der Intervallbetrieb wird bei Formenträger­ stillstand, bei Pausen und über Wochenenden gefahren. Der Inter­ vallhub kann bis zu 75% der gesamten Maschinenlaufzeit ausmachen. Der zweite Vorteil besteht darin, daß durch das Zuschalten einer besonderen hydraulischen Steuervorrichtung die Düsennadel in Schließrichtung durch ein Hydraulikmedium in ihren Sitz gepresst werden kann. Dieses Zuschalten kann erfolgen für den Schußabruf direkt durch den Formenträger oder als Schaltung permanent im Produktionsbetrieb. Dadurch wird verhindert, daß durch den Kreis­ laufblock ein Druckabfall bis zum Druckniveau geschieht. Vielmehr bewirkt der die Düsennadel in Schließrichtung belastende Hydrau­ likdruck, daß in der Kreislaufdüse ein Öffnungsdruck von z. b. 30 bis 40 bar eingestellt wird und somit der Systemdruck nur auf diesen Wert absinken kann.

Bei gleicher Austragsleistung ergibt sich ein schnellerer Druck­ aufbau, so daß mehr Material für die Dosierung in die Form gelan­ gen kann. Eine Dosiermaschine arbeitet im Kreislauf für jedes Medium wie folgt, was nachfolgend anhand von Fig. 1 und Fig. 2 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 ausgefahrenem 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 Arbeitkessels 5 entspannt denn in dieser Phase ist je Mediumskreislauf die 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 Rückschlag­ ventil 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 zugeordneten Kreislaufblock 12, dessen geöffneter Kreislaufdüsenquerschnitt gleich dem der zum Schuß in die Form öffnenden zugeordneten Schäumdüse 15 des Schäumblocks 11 ist, da keine Druckunterschiede auftreten dürfen.

Für den Schuß wird über den eintauchenden Plunger 1 das Medium 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 Hydraulikmedium, welches durch eine Steuereinrichtung 42 mit einem Steuerventil 40, z. B. in Form eines 2/4-Wege- Hydraulikventil 25, gesteuert wird und über die Hydraulikleitung 17 bei Anschluß a in ein Wechselventil 18 eintritt. Der Anschluß b des Wechselventils 18 wird gesperrt und das Hydrauliköl kann über Anschluß c vom Wechselventil 18 über die Hydraulikleitung 17a in den Ringraum 19 gelangen und dort auf die Kolbenfläche 20 der Düsennadel 13 wirken. Die Düsennadeln 21 und 50 für beide Medien in der Schäumdüse 15 werden über die gleiche hydraulische Steuerung von 17a über den Ringraum 22 im Schäumblock 11 aufgerissen, wobei der Hydraulikdruck auf die Kolbenfläche 23 bzw. 24 der Düsennadel 21 bzw. 50 wirkt. Das entsperrbare Rückschlagventil 27 wird durch die an 17 angeschlossene Steuerleitung 41 geöffnet und ermöglicht den Rücklauf des Hydrauliköls aus Ringraum 28. Am Ende des Schusses wird durch Umschalten des 2/4-Wege-Hydraulikventils 25 die Düsennadel 50 und 21 über die Hydraulik­ leitung 26 und das offene Rückschlagventil 27 unter Hydraulikdruck, der im Ringraum 28 im Schäumblock 11 auf die Kolbenfläche 29 und 30 der Düsennadel 50 bzw. 21 wirkt, geschlossen. Bei der Kreislaufdüse 14 fällt die hydraulische Schließkraft, die auf die Kolbenfläche 20 der Düsennadel 13 wirkt ab, indem das Hydrauliköl über die Leitung 17a in das Wechselventil 18 und dort über den Anschluß a und die Leitung 17 über das 2/4-Wege-Hydraulikventil 25 abgeführt wird. Geöffnet wird die Kreislaufdüse 14 von dem immer noch fließenden Medium.

Der Arbeitshub ist jetzt beendet. Der Plunger 1 geht wieder in den Saughub über. Jetzt könnte sich das vorher auf 200 bar verdichtete Medium 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 eine einstellbare Steuervorrichtung 38 verhindert, die ein von einem Steuerventil 31, z. B. einem 2/3-Wege-Hydraulikventil 32, über eine Leitung 33 separat gespeistes einstellbares Druckreduzierventil 51 und das Wechselventil 18 aufweist. Der vorher eingestellte, beliebig veränderbare Druck wirkt über die Leitung 33a und den Anschluß b in das Wechselventil 18. Der Anschluß a des Wechselventils 18, der tankseitig entlastet ist, wird geschlossen, und der Druck wirkt über den Anschluß c des Wechselventils 18 und über die Leitung 17a im Ringraum 19 des Kreislaufblocks 12 und dort auf die Kolbenfläche 20 der Düsennadel 13 im Schließsinne. Der Druckaufbau im Ringraum 22 von Schäumblock 11, der auf Kolbenfläche 23 bzw. 24 der Düsennadel 21 bzw. 50 im Öffnungssinne wirkt, ist völlig unerheblich, da dem Hydraulikdruck von ca. 20 bar auf der kleinen Kolbenfläche ein Druck von 180 bar in Schließrichtung auf der großen Kolbenfläche 29 und 30 entgegenwirkt, der über das 2/4-Wege- Hydraulikventil 25 und die Leitung 26 im Ringraum 28 herrscht. Das entsperrbare Rückschlagventil 27 ist ein zusätzliches Sicherheitselement. Durch die so erreichte Druckhaltung kann sich nach Dosierende zwischen Rückschlagventil 6 im Anfang der Druckleitung 7 und dem Abgang der Kreislaufdüse 14 der Druck nicht mehr auf 8 bar entspannen. Er wird auf einstellbarem höheren Niveau gehalten. So erreicht man, daß das fließende Medium regelbar durch den einstellbaren Druck am Druckreduzierventil 51 bei ca. 30 bis 40 bar im gesamten Hochdruckbereich gestoppt wird, so daß dieser Druck für den nächsten Schußabruf als gespeicherte Komponente 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 "Zuschaltbaren hydraulischen Druckhaltung" ist wie folgt:

Dabei geht man von der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform aus. Das 2/3-Wege-Hydraulikventil 32 wird mit einer Druckquelle verbunden, welche über die Leitung 33 auf das Druckreduzierventil 51 und über Leitung 33a auf das Wechselventil 18 wirkt. Das Wechselventil 18 ist mit seinen Anschlüssen a und c in die Hydraulikleitung 17 bzw. 17a eingebunden. Über den Anschluß b besteht die Verbindung zum Druckreduzierventil 51.

Wenn jetzt nach Schußende der Hydraulikdruck aus Leitung 17, 17a abfällt, wird durch den anstehenden Druck vom 2/3-Wege-Hydraulikventil 32 und Druckreduzierventil 51 in der Leitung 33a der Ausgang a im Wechselventil 18 gesperrt. Damit ist ein Entweichen des Hydraulikdrucks tankseitig verhindert. Daher drückt das Hydraulikmedium über 18c in Leitung 17a und dort über den Ringraum 19 in der Kreislaufdüse 14 auf die Kolbenfläche 20 der Düsennadel 13. Die Düsennadel 13 wird durch den jetzt anstehenden Hydraulikdruck in den Düsensitz 34 gedrückt. Das bis auf ca. 40 bis 50 bar verdichtete Medium steht jetzt im Ringraum 35 an und wirkt auf die dortige Ringfläche 36 der Düsennadel 13 im Öffnungssinne. 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 anschlägt, wodurch der vorher eingestellte Kreislaufdüsenquerschnitt bestimmt ist. Dabei kann das verdrängte Hydrauliköl über die Leitung 17a und die offenen Anschlüsse c und b des Wechselventils 18 in die Leitung 33a und von da über Leitung 39 in den Tank abfließen. Fällt der Mediumsdruck ab, wird bei ca. 40 bis 50 bar die Düsennadel 13 vom Hydraulikdruck im Ringraum 19 wieder in den Düsensitz 34 gedrückt. Damit ist die Kreislaufdüse 14 geschlossen und das weitere Entspannen des Mediums verhindert. Eine Druckaddition entsteht nicht.

Ersichtlich liegt also eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, daß an die zur Öffnungsseite des Mischkopfes 10 führende Leitung 17 über ein Wechselventil 18 und eine davon abgehende Leitung 33a eine Steuer­ vorrichtung 38 angeschlossen ist, wobei diese Steuer­ vorrichtung 38 über eine Leitung 33 an ein fremd ge­ speistes Steuerventil 31, insbesondere 2/3-Wegeventil 32, angeschlossen ist. Dieses Steuerventil 31 ist mit einer in Fig. 2 nicht weiter gezeigten eigenen Druckquelle verbunden. Die Steuervorrichtung 38 ist über das Wechsel­ ventil 18 an die zur Öffnungsseite des Mischkopfes 10 führende Leitung 17 angeschlossen, wobei der Anschluß über die mit a bzw. c bezeichneten Anschlußstellen erfolgt, während der Anschluß an die Leitung 33a mit b bezeichnet ist. Mittels der fremd gespeisten Steuervorrichtung 38 ist im Ringraum 19 des Kreislaufblockes 12 ein vorgebbarer erhöhter Druck fremd einspeisbar und aufrechterhaltbar, wobei dies im Druckhaltebetrieb geschieht, in dem das Wech­ selventil 18 den Durchgang von der Leitung 33a zu der Lei­ tung 17a freigibt und die Verbindung mit dem zum Steuer­ ventil 40 führenden Teil dieser Leitung 17 sperrt. In die­ sem Druckhaltebetrieb kann somit ein Druck in der Größen­ ordnung z. B. von etwa 30 bis 40 bar aufrechterhalten werden.

Bei Schußabruf wird das Wechselventil 18 so umgesteuert, daß es die zur Öffnungsseite führende Leitung 17a, d. h. die Anschlüsse a und c, freigibt, so daß das Wechselventil 18 wie ein Leitungsdurchgang innerhalb der Leitung 17, 17a wirkt, während die an diese Leitung 17, 17a angeschlos­ sene und zur Steuervorrichtung 38 führende Leitung 33a an der Anschlußstelle b gesperrt ist. Mit Hilfe der fremd gespeisten Steuervorrichtung 38 ist somit im Druckhalte­ betrieb im Ringraum 19 ein vorgebbarer, erhöhter Druck fremd einspeisbar und aufrechterhaltbar. Die Steuervor­ richtung 38 bewirkt bei Öffnungsbewegung der Düsennadel 13 unter dem Mediumdruck und bei über den vorgegebenen Druck steigendem Druck im Ringraum 19 einen Druckabbau auf den vorgegebenen Druck, so daß also dadurch der er­ höhte Systemdruck aufrechterhalten bleibt. Besonders ein­ fach ist es, dass die Steuervorrichtung 38 das einstell­ bare Druckreduzierventil 51 aufweist. Das Wechselventil 18 kann druckabhängig umschaltbar sein.

Claims (5)

1. Kreislaufblock für Mischköpfe, insbesondere Paralleldüsenköpfe, 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 Mediumdruck ausgesetzte Ringfläche (36) aufweist und mittels dieser unter dem Mediumdruck öffenbar ist, und mit einer hydraulischen Steuereinrichtung (42), die ein umsteuerbares Steuerventil (40) in zwei Leitungen (26, 17) enthält, von denen die eine Leitung (26) auf die Schließseite und die andere Leitung (17) auf die Öffnungsseite des Mischkopfes (10) geführt ist und je nach Stellung des Steuerventils (40) 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 schließbar ist, dadurch gekennzeichnet,daß die zum Ringraum (19) des Kreislaufblockes (12) führende Leitung (17) ein Wechselventil (18) aufweist und daß über dieses Wechselventil (18) an diese Leitung (17) eine einstellbare, fremd gespeiste und im Ringraum (19) einen vorgebbaren erhöhten Druck fremd einspeisende und
aufrechterhaltende und bei Öffnungsbewegung der Düsennadel (13) und bei über den vorgegebenen Druck steigendem Druck im Ringraum (19) einen Druckabbau auf den vorgegebenen Druck vornehmende Steuervorrichtung (38) angeschlossen ist.

2. Kreislaufblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselventil (18) bei Schußabruf die zur Öffnungsseite führende Leitung (17a) freigibt und eine an diese Leitung (17a) angeschlossene und zur Steuervorrichtung (38) führende Leitung (33a) sperrt.

3. Kreislaufblock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Wechselventil (18) im Druckhaltebetrieb den Durchgang von der Leitung (33a), die an die Steuervorrichtung (38) angeschlossen ist, zu der zur Öffnungsseite führenden Leitung (17a) freigibt und die Verbindung mit dem zum Steuerventil (40) führenden Teil dieser Leitung (17) sperrt.

4. Kreislaufblock nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuervorrichtung (38) über ein Hydraulikventil (31), insbesondere ein 2/3-Wegeventil (32), an eine separate Druckversorgung angeschlossen ist.

5. Kreislaufblock nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuervorrichtung (38) ein einstellbares Druckreduzierventil (51) aufweist.