ES2904853T3

ES2904853T3 - Dispositivo y método para la fabricación de materiales sintéticos de reacción

Info

Publication number: ES2904853T3
Application number: ES18796028T
Authority: ES
Inventors: Robert Brunner; Thomas Nowak
Original assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Current assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2022-04-06
Anticipated expiration: 2038-10-31
Also published as: WO2020048624A1; JP2021529247A; DE102018121890A1; CN112654481B; PL3840924T3; US11298852B2; CN112654481A; JP6960557B2; MX2021002318A; DE102018121890B4; US20210308907A1; EP3840924B1; KR20210040153A; EP3840924A1; KR102306724B1

Abstract

Dispositivo (100) para la fabricación de materiales sintéticos de reacción, que incluye: un primer dispositivo de dosificación (110) con una primera unidad de dosificación (120) y una segunda unidad de dosificación (130), que están conformadas respectivamente para la admisión y para la entrega dosificada de un primer componente de mezcla; un segundo dispositivo de dosificación (140), que está conformado para la admisión y para la entrega dosificada de un segundo componente de mezcla; y un dispositivo de mezcla (150), que está conformado para la recepción y mezcla del primer componente de mezcla, entregado por la primera unidad de dosificación (120) y/o por la segunda unidad de dosificación (130) del primer dispositivo de dosificación (110), y del segundo componente de mezcla, entregado por el segundo dispositivo de dosificación (140); caracterizado por que la primera unidad de dosificación (120) y la segunda unidad de dosificación (130) están unidas de tal modo al dispositivo de mezcla (150) que el primer componente de mezcla puede ser llevado a un estado operativo necesario para la mezcla antes del comienzo de la mezcla mediante conducción del primer componente de mezcla desde la primera unidad de dosificación (120) a través del dispositivo de mezcla (150) a la segunda unidad de dosificación (130), en el que un estado operativo necesario consiste en una presión, una temperatura y/o una viscosidad.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo y método para la fabricación de materiales sintéticos de reacción

La presente invención se refiere a un dispositivo y a un método para la mezcla y la fabricación de materiales sintéticos de reacción, en particular para la fabricación de espumas de poliuretano a partir de isocianato y poliol combinado con agente ignífugo, tal como grafito expandido.

En la fabricación de materiales sintéticos de reacción (o materiales sintéticos reactivos), de modo habitual los distintos componentes del material sintético, es decir los componentes reactivos, son movidos en máquinas de procesamiento desde depósitos de almacenamiento con agitador a través de bombas de dosificación o émbolos a un cabezal de mezcla y desde ahí de vuelta al depósito de almacenamiento en un circuito, para por ejemplo evitar sedimentación, obtener una temperatura lo más constante posible en la instalación o ajustar un nivel de presión estable en las boquillas del cabezal de mezcla.

Con estos antecedentes, el documento DE 4003 294 A1 describe un bloque de circuito para cabezales de mezcla, en particular cabezales de boquillas en paralelo, para una instalación de espumación de poliuretano. El documento DE 10 2016 114898 A1 se refiere a un dispositivo para la espumación de un material viscoso, en el que el material viscoso es transportado con una primera disposición de transporte bajo una primera presión de transporte a través de un primer conducto de transporte, y en el que un gas es transportado bajo una segunda presión de transporte a través de un segundo conducto de transporte, y en el que el segundo conducto de transporte desemboca por un lugar de desembocadura en el primer conducto de transporte, y en el que corriente abajo del lugar de desembocadura está previsto un dispositivo de flujo de salida para el flujo de salida con reducción de presión de la mezcla compuesta por material viscoso y gas, en el que en el lugar de desembocadura está dispuesta una válvula de inyección de gas, en el que la válvula de inyección de gas puede inyectar burbujas de gas en el material viscoso.

Sin el circuito anteriormente descrito entre el depósito de almacenamiento y el cabezal de mezcla, ya el documento DE 29 14684 A1 describe un método para la mezcla y dosificación continuas de dos medios viscosos reactivos, aún sin el circuito anteriormente descrito. También el documento US 3765605 A describe un dispositivo correspondiente, en el que dos líquidos que reaccionan entre sí, tales como componentes de una espuma de poliuretano, son combinados por mezcla, y son expulsados sobre un sustrato mediante el dispositivo, que bombea los líquidos separadamente y los mezcla solo en el último momento. Mediante reordenación de las bombas en relación opuesta y accionamiento mediante un motor de presión constante tal como un motor de fluido de doble acción se genera un efecto de compensación, que reduce efectivamente la oscilación de presión, cuando el efecto de desplazamiento se invierte.

Constituye aquí una desventaja que materiales sólidos añadidos para la modificación de propiedades del sistema reactivo, tales como por ejemplo agentes ignífugos (en particular grafito expandido), micro-bolas de vidrio, aerogeles o similares son dañados cada vez más para la operación persistente en circuito en el agitador del depósito, en las bombas y/o en las boquillas del cabezal de mezcla. Con ello no puede garantizarse ya una calidad de producto constante. En particular, al ser dañado el material sólido por trituración pueden ser liberadas sustancias químicas ahí incluidas, que perjudican al sistema reactivo. Además, mediante una operación en circuito puede provocarse una permanencia demasiado larga de los materiales sólidos en el sistema, que lleve a una reacción química de los materiales sólidos antes de la mezcla propiamente dicha.

Constituye la tarea de la invención resolver los problemas anteriormente descritos. En particular, debe proporcionarse un dispositivo y un método para la fabricación de materiales sintéticos de reacción, con los que sea posible generar materiales sintéticos con una calidad constantemente alta bajo adición de materiales sólidos a un componente de mezcla.

Esta tarea es resuelta mediante el objeto de las reivindicaciones independientes. Perfeccionamientos ventajosos están indicados en las reivindicaciones dependientes.

Un dispositivo para la mezcla de materiales sintéticos de reacción conforme a la reivindicación 1 incluye un primer dispositivo de dosificación con una primera unidad de dosificación y una segunda unidad de dosificación, que son apropiadas respectivamente para la admisión y para la entrega dosificada de un primer componente de mezcla. Además, el dispositivo incluye un segundo dispositivo de dosificación, que es apropiado para la admisión y para la entrega dosificada de un segundo componente de mezcla, y un dispositivo de mezcla, que es apropiado para la recepción y mezcla del primer componente de mezcla, entregado por la primera unidad de dosificación y/o por la segunda unidad de dosificación del primer dispositivo de dosificación, y del segundo componente de mezcla, entregado por el segundo dispositivo de dosificación. Para ello, la primera unidad de dosificación y la segunda unidad de dosificación están unidas de tal modo al dispositivo de mezcla que el primer componente de mezcla puede ser llevado a un estado operativo necesario para la mezcla, en particular a una presión operativa, antes del comienzo de la mezcla mediante conducción del primer componente de mezcla desde la primera unidad de dosificación a través del dispositivo de mezcla a la segunda unidad de dosificación. Aquí, un estado operativo necesario consiste en una presión, una temperatura y/o una viscosidad.

En la operación en circuito empleada habitualmente, antes del comienzo del proceso de mezcla el primer componente de mezcla combinado con un material sólido es hecho circular desde un depósito de almacenamiento a través de un dispositivo de dosificación hacia el dispositivo de mezcla y de vuelta al depósito de almacenamiento, hasta que se haya alcanzado el estado operativo deseado del primer componente de mezcla. En contraposición con ello, en el dispositivo anteriormente descrito se renuncia a una operación en circuito.

En vez de ello se prevén dos unidades de dosificación, entre las cuales es conducido el primer componente de mezcla, hasta que se alcanza el estado operativo deseado. En particular, puede generarse una presión necesaria para la fabricación de materiales sintéticos de reacción, por ejemplo en el intervalo de 100 a 200 bares, presionando el primer componente de mezcla desde la primera unidad de dosificación hacia la otra unidad de dosificación en un tiempo relativamente corto, por ejemplo en pocos segundos, es decir aproximadamente en 0,5, 1, 1,5 o 2 segundos, en el que el dispositivo de mezcla, a modo de ejemplo una boquilla de mezcla en sí conocida, está intercalado. Por ejemplo, la presión de procesamiento se establece cuando la mezcla de componentes reactivos es llevada a través de una boquilla en un cabezal de mezcla del dispositivo de mezcla. La presión puede establecerse al alcanzarse el caudal deseado, lo que según sea la aceleración de los componentes de mezcla hacia el dispositivo de mezcla, tarda en torno a un segundo. Una vez alcanzado el estado operativo deseado, que debido a la conducción a través del dispositivo de mezcla también existe en éste, puede empezarse con la mezcla sin que se produzca material de rechazo debido a estados operativos defectuosos, tal como una presión de mezcla demasiado baja.

La cantidad, admitida en una de las unidades de dosificación, del primer componente de mezcla no queda perjudicada en su calidad típicamente al pasar una vez a través del dispositivo de mezcla. Esta cantidad puede ser conducida por lo tanto después de que se haya empezado con la mezcla, junto con una cantidad del primer componente de mezcla que se encuentra ya en la unidad de dosificación receptora, hacia el dispositivo de mezcla para la mezcla.

Puede renunciarse por lo tanto totalmente a un retorno de material en una operación en circuito. Esto hace posible por un lado una construcción sencilla del dispositivo, que permite aun así el ajuste exacto de estados operativos del primer componente de mezcla, como presión, temperatura, viscosidad o similares. Por otro lado, materiales sólidos contenidos dado el caso en el primer componente de mezcla no son dañados, al pasar una vez a través del dispositivo de mezcla, hasta el punto en el que se produzca una reducción de la calidad del material sintético producido por la mezcla. Mediante captura de esta cantidad del primer componente de mezcla, que pasa una vez, en una unidad de dosificación se garantiza además que no se produzca ningún material de rechazo en el primer componente de mezcla, sino que éste sea procesado lo más completamente que sea posible.

Además, el dispositivo puede incluir un dispositivo de entrega, que incluye un primer depósito de almacenamiento y es apropiado para la conducción selectiva del primer componente de mezcla a la primera unidad de dosificación y/o a la segunda unidad de dosificación. Aquí, el primer componente de mezcla, después de haber sido conducido a la primera unidad de dosificación y/o a la segunda unidad de dosificación, es mezclado en el dispositivo de mezcla con el segundo componente de mezcla, sin ser conducido de vuelta al dispositivo de entrega. Esto permite suministrar el primer componente de mezcla a ambas unidades de dosificación de modo sencillo. Una conducción de vuelta a un depósito de almacenamiento no es necesaria, con lo que se protege el material añadido al primer componente de mezcla y se simplifica la construcción del dispositivo.

El dispositivo de mezcla puede incluir medios de control, que son apropiados para impedir una mezcla del primer componente de mezcla y del segundo componente de mezcla y para conducir en ese caso el primer componente de mezcla en un conducto desde la primera unidad de dosificación a través del dispositivo de mezcla a la segunda unidad de dosificación. Además, los medios de control pueden ser apropiados para hacer posible una mezcla del primer componente de mezcla y del segundo componente de mezcla e interrumpir en ese caso el conducto que conduce desde la primera unidad de dosificación a través del dispositivo de mezcla a la segunda unidad de dosificación en el dispositivo de mezcla.

A través de ello puede controlarse de modo sencillo la mezcla del primer componente de mezcla y del segundo componente de mezcla. Se garantiza en particular que durante la mezcla el primer componente de mezcla es conducido completamente a la mezcla y no es transferido desde una unidad de dosificación a la otra unidad de dosificación. Esto permite un ajuste preciso de la relación, empleada para la mezcla, entre las cantidades del primer y del segundo componente de mezcla.

Los medios de control pueden incluir un émbolo de control con una ranura de circulación, que en una primera posición hace posible una entrada del primer componente de mezcla y del segundo componente de mezcla en una cámara de mezcla y en una segunda posición conduce el primer componente de mezcla a través de la ranura de circulación desde la primera unidad de dosificación a la segunda unidad de dosificación. Esto garantiza para un émbolo de control cerrado una transferencia sencilla y segura del primer componente de mezcla entre las unidades de dosificación. Mediante apertura del émbolo de control, este conducto es interrumpido y se hace posible la entrada del primer componente de mezcla a una cámara de mezcla, a modo de ejemplo a una boquilla de mezcla. Esto se produce entonces exactamente con los parámetros operativos que han sido ajustados antes de la apertura del émbolo de control. Con la apertura del émbolo de control se hace posible entonces también el acceso del segundo componente de mezcla a la cámara de mezcla.

La primera unidad de dosificación puede incluir un primer depósito, la segunda unidad de dosificación puede incluir un segundo depósito y el primer componente de mezcla puede ser presionado antes del comienzo de la mezcla desde el primer depósito al segundo depósito, para alcanzar el estado operativo. La previsión de depósitos previstos para el almacenamiento intermedio en las unidades de dosificación hace posible una dosificación flexible y precisa del primer componente de mezcla.

Por ejemplo, al comienzo del proceso de mezcla, el primer depósito puede estar completamente lleno, mientras que el segundo depósito solo está parcialmente lleno, por ejemplo hasta la mitad. Antes del comienzo de la mezcla, el primer componente de mezcla, extraído del primer depósito con una dosificación exacta, es transferido a través del dispositivo de mezcla al segundo depósito. El volumen que está a disposición del primer componente de mezcla en el segundo depósito puede permanecer constante o ser variado aquí para el ajuste del estado operativo, a modo de ejemplo de la presión o la temperatura. Una vez alcanzado el estado operativo deseado se hace posible la mezcla y por ejemplo un flujo de masa constante del primer componente de mezcla es transportado desde el primer depósito al dispositivo de mezcla. Al irse vaciando o una vez vaciado completamente el primer depósito, comienza un transporte también o respectivamente de forma exclusiva desde el segundo depósito, sin variar la relación de cantidad o respectivamente de volumen entre el primer y el segundo componente de mezcla.

Esto garantiza que la cantidad de primer componente de mezcla que pasa una vez a través del dispositivo de mezcla puede ser conducida a la mezcla sin consecuencias dañinas adicionales.

El primer dispositivo de dosificación puede ser apropiado para, tras el comienzo de la mezcla, entregar el primer componente de mezcla al dispositivo de mezcla alternativamente o cambiando sobre la marcha a través de la primera unidad de dosificación y la segunda unidad de dosificación. Mientras se produce un transporte del primer componente de mezcla hacia fuera de una de las unidades de dosificación, la otra unidad de dosificación es llenada por lo tanto en sí misma con el primer componente de mezcla. Esto permite producir cantidades mayores de material sintético de reacción, sin interrumpir el proceso de mezcla y sin mantener una cantidad, correspondiente a la cantidad de material sintético de reacción, del primer componente de mezcla en una de las unidades de dosificación.

A través de ello, las unidades de dosificación pueden estar estructuradas de forma espacialmente compacta, lo que por un lado permite un posicionamiento flexible de las unidades de dosificación y por otro lado impide que una cantidad grande del primer componente de mezcla permanezca durante un periodo de tiempo largo en una de las unidades de dosificación, lo que podría llevar a un empeoramiento de la calidad del componente de mezcla.

El primer componente de mezcla puede incluir un poliol, en particular poliol de poliéster o poliol de poliéter, combinado con un material sólido, en particular grafito expandido, micro-bolas de vidrio o aerogel, y el segundo componente de mezcla puede incluir un isocianato. Con un equipamiento correspondiente, el dispositivo es apropiado para producir poliuretano, que debido a la adición de material sólido tiene propiedades particulares. Por ejemplo, mediante la adición de grafito expandido se hace posible la fabricación de espumas de poliuretano, que son de inflamación extremadamente difícil y con ello satisfacen los requisitos más exigentes de protección frente a incendios. Espumas de poliuretano de este tipo puede emplearse por ejemplo como piezas de aislamiento acústico. Adicionalmente al material sólido, los componentes de mezcla pueden estar dotados de diversos otros aditivos. Por ejemplo, puede añadirse aún otro agente ignífugo en forma de polvo al poliol combinado con grafito expandido. Es evidente que además de poliol e isocianato pueden emplearse también otros componentes reactivos, que son apropiados para la fabricación de materiales sintéticos reactivos.

En el caso de empleo de una mezcla de poliol con grafito expandido como primer componente de mezcla es particularmente ventajoso el empleo del dispositivo anteriormente descrito. Al tratarse de bases en el caso de los polioles, mientras que el grafito expandido representa un ácido, el primer componente de mezcla debe ser procesado en un tiempo corto, por ejemplo en una hasta dos horas, para poder garantizar las propiedades deseadas del poliuretano. Un mantenimiento en un depósito diario con circulación empleado habitualmente no es posible aquí. Además, un desgaste del grafito expandido en un proceso de circulación llevaría rápidamente a que las propiedades deseadas del poliuretano a producir no pudieran ser ya garantizadas. Precisamente el empleo de poliol y grafito expandido como primer componente de mezcla requiere por lo tanto el empleo de un dispositivo como el anteriormente descrito.

La primera unidad de dosificación y la segunda unidad de dosificación pueden incluir respectivamente un émbolo de dosificación con un accionamiento por husillo y tuerca así como un servomotor. Esto permite extraer de las unidades de dosificación el primer componente de mezcla con una dosificación precisa. En particular, puede conseguirse de este modo en lo que respecta a las fuerzas que aparecen una buena aplicabilidad y una buena capacidad de regulación. Alternativamente, las unidades de dosificación pueden estar dotadas también de otros accionamientos electrónicos apropiados para esto o también de accionamientos hidráulicos o neumáticos para proporcionar los componentes de mezcla.

El dispositivo de mezcla puede incluir un conducto de entrada para la introducción del primer componente de mezcla en el dispositivo de mezcla y un conducto de salida para la descarga del primer componente de mezcla desde el dispositivo de mezcla. Aquí, la primera unidad de dosificación puede estar unida a través de una primera válvula al conducto de entrada y a través de una segunda válvula al conducto de salida y la segunda unidad de dosificación puede estar unida a través de una tercera válvula al conducto de entrada y a través de una cuarta válvula al conducto de salida. Las válvulas pueden ser abiertas y cerradas independientemente entre sí. Esto permite transferir el primer componente de mezcla según sea necesario entre las dos unidades de dosificación y el dispositivo de mezcla. A través de ello se garantiza una operación flexible del dispositivo.

Un volumen del primer componente de mezcla que puede ser admitido en la primera unidad de dosificación y/o la segunda unidad de dosificación, puede ser mayor que un volumen del primer componente de mezcla que puede ser admitido a través de conductos, que conducen desde la primera unidad de dosificación y/o la segunda unidad de dosificación hacia el dispositivo de mezcla.

A través de ello se garantiza que la cantidad del primer componente de mezcla, que no ha sido conducida todavía a la mezcla, está determinada esencialmente por el dimensionamiento de las unidades de dosificación y no por el volumen de los conductos intermedios. Esto evita que, a pesar de un diseño correcto de las unidades de dosificación, la calidad del material sintético producido disminuya debido a un almacenamiento demasiado largo del primer componente de mezcla en los conductos. En particular, las unidades de dosificación y el dispositivo de mezcla pueden estar dispuestos cerca entre sí, por ejemplo pueden estar directamente unidos por brida entre sí o unidos por conductos cortos entre sí.

El dispositivo puede incluir además un brazo de robot, sobre el que están dispuestos el primer dispositivo de dosificación y el dispositivo de mezcla. Esto permite producir el material sintético de reacción de forma automatizada. Además, la disposición del primer dispositivo de dosificación y del dispositivo de mezcla sobre el brazo de robot garantiza que solo hay recorridos cortos de conductos entre estos elementos. Esto es particularmente ventajoso cuando hay que producir formas pequeñas de forma flexible con el material sintético reactivo, por ejemplo en una mesa circular. Como se ha explicado anteriormente, esto lleva a una garantía de calidad del material sintético producido. Alternativamente, el dispositivo puede ser aplicado en una banda doble o similar sin emplear un brazo de robot.

Un método según la reivindicación 11 para la fabricación de materiales sintéticos de reacción con un dispositivo como el anteriormente descrito incluye: la conducción del primer componente de mezcla desde la primera unidad de dosificación a través del dispositivo de mezcla a la segunda unidad de dosificación, para llevar el primer componente de mezcla a un estado operativo necesario para la mezcla, en el que un estado operativo necesario consiste en una presión, una temperatura y/o una viscosidad; y a continuación la mezcla del primer componente de mezcla y del segundo componente de mezcla mediante el dispositivo de mezcla.

El foco de la descripción anterior estaba sobre el primer dispositivo de dosificación. El segundo dispositivo de dosificación puede ser un dispositivo de dosificación en sí conocido con un circuito de circulación habitual. Alternativamente, el segundo dispositivo de dosificación puede estar construido sin embargo también análogamente al primer dispositivo de dosificación.

En lo que sigue se describen otras estructuraciones ventajosas de la invención con referencia a las figuras. Muestran:

La figura 1, una representación esquemática de un dispositivo para la fabricación de materiales sintéticos de reacción;

la figura 2, otra representación esquemática de un dispositivo para la fabricación de materiales sintéticos de reacción; y

la figura 3, una representación de un diagrama de flujo esquemático de un método para la fabricación de materiales sintéticos de reacción.

En la figura 1 está representado esquemáticamente un dispositivo 100 para la fabricación de materiales sintéticos de reacción o respectivamente reactivos mediante una mezcla de componentes de mezcla o respectivamente componentes reactivos. El término material sintético de reacción se refiere aquí a materiales sintéticos, en cuya fabricación está implicada la reacción química de al menos dos componentes de mezcla. El dispositivo 100 puede emplearse por ejemplo para la fabricación de materiales sintéticos reactivos, tales como (espumas) de poliuretano, compuestos por componentes reactivos, tales como polioles, por ejemplo poliol de poliéster o poliol de poliéter, e isocianatos.

El dispositivo 100 incluye, como se representa en la figura 1, al menos dos dispositivos de dosificación 110, 140, desde los que se entregan componentes de mezcla respectivos de forma dosificada a través de sistemas de conductos a un dispositivo de mezcla 150. Aunque el dispositivo es descrito en lo que sigue con referencia a dos dispositivos de dosificación 110, 140 y correspondientemente a ello con referencia a dos componentes de mezcla, es evidente que pueden emplearse también más de dos dispositivos de dosificación o respectivamente componentes de mezcla. El primer dispositivo de dosificación 110 incluye al menos una primera unidad de dosificación 120 y una segunda unidad de dosificación 130. Ambas unidades de dosificación 120, 130 son respectivamente apropiadas para admitir un primer componente de mezcla y entregarlo a través de sistemas de conductos apropiados para ello al dispositivo de mezcla 150 o respectivamente conducir a éste el primer componente de mezcla. La designación como primera y segunda unidad de dosificación sirve aquí solo para una denominación clara. La primera unidad de dosificación 120 y la segunda unidad de dosificación 130 pueden estar estructuradas sin embargo de forma completamente intercambiable, en particular ambas unidades de dosificación 120, 130 pueden estar construidas idénticamente. Además pueden estar previstos también otros elementos de dosificación, por ejemplo de construcción idéntica o funcionamiento análogo, en el primer dispositivo de dosificación 110.

El segundo dispositivo de dosificación 140 es apropiado para admitir un segundo componente de mezcla y entregarlo de forma dosificada al dispositivo de mezcla 150. El segundo dispositivo de dosificación 140 puede estar construido para ello como es conocido a partir del estado de la técnica y estar estructurado por ejemplo como bomba de dosificación de alta presión. El segundo dispositivo de dosificación 140 puede tener sin embargo en principio también una construcción correspondiente al primer dispositivo de dosificación 110. A través de ello pueden aprovecharse las ventajas posteriormente descritas de la construcción del primer dispositivo de dosificación 110 también para la segunda línea de dosificación.

En lo que sigue se parte de que es conocido para un especialista, bien a partir del estado de la técnica o bien sobre la base de la descripción de la estructuración del primer dispositivo de dosificación 110, cómo debe estar conformado el segundo dispositivo de dosificación 140, para poder conducir al dispositivo de mezcla 150 un componente de mezcla de un material sintético de reacción, con un estado operativo determinado prefijado (presión, temperatura, viscosidad o similares).

El principio de estructuración del dispositivo de mezcla 150 es igualmente conocido a partir del estado de la técnica. El dispositivo de mezcla 150 puede estar conformado por ejemplo como boquilla de mezcla, dentro de la que son impulsados para un proceso de mezcla los componentes de mezcla a alta presión, por ejemplo a 100 bares, 150 bares o 200 bares. Típicamente y como se conoce a partir del estado de la técnica, los parámetros o estados operativos necesarios de los componentes de mezcla implicados pueden alcanzarse durante una circulación de los componentes de mezcla desde los dispositivos de dosificación (convencionales) hacia la boquilla de mezcla y a través de depósitos de almacenamiento o respectivamente de preparación del respectivo componente de mezcla de vuelta a los dispositivos de dosificación. Tan pronto como hayan sido alcanzados los parámetros operativos, es abierta la boquilla y se produce la mezcla de los componentes de mezcla.

Este método no puede emplearse sin embargo ya sin el riesgo de pérdidas de calidad, cuando se añaden materiales sólidos a uno de los componentes de mezcla para la generación de propiedades de material especiales, ya que estos materiales sólidos se desgastan en el curso de la circulación. Además, la circulación conlleva una duración de almacenamiento larga de los componentes de mezcla y una mayor complejidad de la conducción por conductos debido a los conductos necesarios para la conducción de retorno.

En particular en la fabricación de espumas de poliuretano difícilmente inflamables, para las que por ejemplo un isocianato es mezclado con un poliol, que contiene grafito expandido, es necesario conducir el poliol rápidamente, es decir en una hasta dos horas, a un procesamiento. Por lo demás existe el riesgo de que por una reacción química prematura del grafito expandido ácido con el poliol básico se pierdan las propiedades ignífugas del grafito expandido, es decir que disminuya la calidad de la espuma de poliuretano generada. Daños al grafito expandido en un proceso de circulación también disminuirían la protección frente a incendios.

Para evitar estos problemas, en el dispositivo 100 descrito se escoge un método distinto, mejorado, para el ajuste de los estados operativos deseados, que puede realizarse sin circulación de (al menos un) componente de mezcla. Junto a sus ventajas para la fabricación de poliuretano difícilmente inflamable, el empleo del dispositivo 100 descrito es ventajoso en general para el procesamiento de componentes de mezcla que contienen sólidos. Además, mediante la complejidad reducida de la conducción por conductos necesaria, la construcción descrita es también ventajosa cuando no se añaden sólidos a los componentes de mezcla empleados.

En el dispositivo 100, la primera unidad de dosificación 120 y la segunda unidad de dosificación 130 están unidas al dispositivo de mezcla 150 de tal modo que, antes del comienzo de la mezcla, es decir antes de que el primer componente de mezcla y el segundo componente de mezcla entren en contacto y salgan del sistema de conductos del dispositivo 100, el primer componente de mezcla es transferido desde la primera unidad de dosificación 120 a través del dispositivo de mezcla 150 a la segunda unidad de dosificación 130.

Esto permite, sin que se pierda una proporción significativa del primer componente de mezcla, llevar éste a los parámetros operativos deseados. En tanto que a saber no se produzca ninguna mezcla, el primer componente de mezcla puede ser presionado desde uno de los dispositivos de dosificación al otro dispositivo de dosificación, para aumentar con ello por ejemplo una presión existente en el primer componente de mezcla, a través de lo cual pueden ajustarse también la temperatura y la viscosidad del primer componente de mezcla.

Solo una vez alcanzados los parámetros deseados, se comienza con la mezcla. Tan pronto es este el caso, se garantiza mediante correspondientes válvulas, bombas o similares que el primer componente de mezcla ya no sea transferido entre las unidades de dosificación 120, 130, sino que sea conducido entonces desde una o ambas unidades de dosificación 120, 130 al dispositivo de mezcla 150, por ejemplo con un caudal másico constante. La mezcla con el segundo componente, aportado por el segundo dispositivo de dosificación, se produce entonces como es conocido a partir del estado de la técnica.

Con ello es innecesario dejar circular el primer componente de mezcla en el dispositivo 100, con lo que se simplifica la construcción del dispositivo 100. Además, el primer componente de mezcla atraviesa entonces una vez el dispositivo de mezcla 150, sin ser conducido realmente a una mezcla. Con ello se impide una abrasión de materiales sólidos desgastables, tales como grafito expandido, micro-bolas de vidrio, aerogeles o similares. Esto garantiza a su vez una calidad constante de los materiales sintéticos de reacción generados.

También, sobre la base de la captura en la segunda unidad de dosificación 130 de la cantidad del primer componente de mezcla entregada antes de la operación de mezcla por la primera unidad de dosificación 120, se garantiza que esta cantidad no se pierde para el proceso de mezcla, ya que puede ser entregada por la segunda unidad de dosificación 130 para el proceso de mezcla. Esto permite, a pesar de una circulación ausente, emplear el primer componente de mezcla esencialmente de forma completa para la fabricación de materiales sintéticos de reacción.

La figura 2 muestra el dispositivo 100 de la figura 1 en una estructuración posible detallada. Junto al primer dispositivo de dosificación 110 con la primera unidad de dosificación 120 y la segunda unidad de dosificación 130, el segundo dispositivo de dosificación 140 y el dispositivo de mezcla 150, la figura 2 muestra un dispositivo de entrega 160, a partir del que el primer componente de mezcla puede ser entregado desde un depósito de almacenamiento 165 al primer y al segundo dispositivo de dosificación 120, 130, así como diversos conductos y válvulas del dispositivo 100.

Todas o una parte de las válvulas empleadas en el dispositivo 100 pueden ser conectadas aquí activamente mediante una señal de control, por ejemplo de forma eléctrica, neumática o hidráulica.

En el depósito de almacenamiento 165 del dispositivo de entrega 160 del dispositivo 100 es almacenado el primer componente de mezcla, por ejemplo un poliol al que se ha añadido un material sólido, tal como grafito expandido, para la entrega a la primera unidad de dosificación 120 y la segunda unidad de dosificación 130. El primer componente de mezcla es mantenido aquí en movimiento mediante un agitador, para evitar una sedimentación.

La agitación se produce para ello de tal modo que no se produzca ningún daño a los materiales sólidos contenidos eventualmente en el primer componente de mezcla, por ejemplo mediante una adaptación correspondiente del número de revoluciones del agitador. El agitador puede ser accionado para ello mediante un servomotor libremente ajustable. Es posible sin embargo también otro tipo de agitador, que permite una agitación correspondientemente "suave". Adicionalmente al agitador pueden estar previstos en el dispositivo de entrega 160 también otros elementos de sensor, que miden por ejemplo la temperatura, la viscosidad o la presión del primer componente de mezcla.

Desde el depósito de almacenamiento 165, el primer componente de mezcla puede ser entregado a través de conductos correspondientemente estructurados de forma selectiva a depósitos contenidos en la primera unidad de dosificación 120 y la segunda unidad de dosificación 130. Para ello, en el conducto pueden estar previstas válvulas (quinta válvula 167, sexta válvula 169), como se muestra en la figura 2. Es sin embargo también posible cualquier otro tipo de control de flujo, que permita una asignación selectiva, es decir individual o conjunta, del primer componente de mezcla, tal como una válvula de tres vías.

Los depósitos de la primera y la segunda unidad de dosificación 120, 130 sirven para almacenar el primer componente de mezcla antes de la introducción en el dispositivo de mezcla 150. Los dos depósitos pueden tener aquí niveles de llenado independientes entre sí, que permitan transferir o respectivamente presionar el primer componente de mezcla desde una unidad de dosificación 120 a la otra unidad de dosificación 130.

Por ejemplo, en cuanto a la primera y la segunda unidad de dosificación 120, 130 se trata, como se representa esquemáticamente en la figura 2, respectivamente de émbolos de dosificación, en los cuales un émbolo guiado por un servomotor a través de husillo y tuerca actúa sobre el primer componente de mezcla, que se encuentra en el depósito formado por el alojamiento del émbolo de dosificación, de tal modo que se produce una entrega dosificada de forma controlada en dirección al dispositivo de mezcla 150. Las unidades de dosificación 120, 130 pueden ser realizadas sin embargo también mediante cualquier otro componente, apropiado para el almacenamiento a corto plazo y la entrega dosificada, con cualquier otro tipo de dispositivo de accionamiento.

Desde las unidades de dosificación 120, 130 conducen conductos al dispositivo de mezcla 150, que permiten transferir el primer componente de mezcla a través del dispositivo de mezcla 150 entre las unidades de dosificación 120, 130. Como se muestra en la figura 2, cada una de las unidades de dosificación 120, 130 puede estar unida al conducto de entrada 157 al dispositivo de mezcla a través de respectivamente un conducto dotado de una válvula (primera válvula 122 y tercera válvula 132). Además, un conducto de salida 159 del dispositivo de mezcla 150 está unido a través de válvulas (segunda válvula 124 y cuarta válvula 134) respectivamente a la primera y la segunda unidad de dosificación 120, 130.

Las uniones por conducto entre las unidades de dosificación 120, 130 y el dispositivo de mezcla 150 están conformadas para ello de forma tan corta como sea posible. Por ejemplo, estos elementos están unidos por brida directamente entre sí o están unidos por conductos tubulares cortos entre sí. En particular, los conductos son en tal medida cortos que tengan un volumen interior menor que el de uno o ambos depósitos de ambas unidades de dosificación 120, 130. Esto impide la permanencia desaprovechada de una cantidad, no despreciable en comparación con la cantidad que se encuentra en las unidades de dosificación 120, 130, del primer componente de mezcla en los conductos.

Antes del comienzo de la mezcla, son abiertas por ejemplo la primera válvula 122 y la cuarta válvula 134 y son cerradas la segunda y la tercera válvula 124, 132. Existe por lo tanto a través de la primera válvula 122 una unión de la primera unidad de dosificación 120 al dispositivo de mezcla 150 y a través de la cuarta válvula 134 una unión del dispositivo de mezcla 150 a la segunda unidad de dosificación 130.

En el dispositivo de mezcla 150 están disponibles medios de control, que permiten antes del comienzo de la mezcla un paso del primer componente de mezcla desde el conducto de entrada 157 al conducto de salida 159. Como se representa en la figura 2, puede tratarse en este caso entre otras cosas de un émbolo de control 155, en el que está prevista una ranura de circulación que, cuando el émbolo de control 155 está cerrado, une el conducto de entrada 157 al conducto de salida 159. Alternativamente a ello, el paso puede estar regulado también de otro modo, por ejemplo mediante la previsión de válvulas correspondientes en un conducto de unión del conducto de entrada 157 al conducto de salida 159 y a una cámara de mezcla del dispositivo de mezcla 150.

Es por lo tanto posible transferir, antes del comienzo de un proceso de mezcla, el primer componente de mezcla desde la primera unidad de dosificación 120 a través del dispositivo de mezcla 150 a la segunda unidad de dosificación. Por ejemplo, en el caso de un depósito completamente lleno de la primera unidad de dosificación 120 y de un depósito parcialmente lleno, por ejemplo a la mitad, de la segunda unidad de dosificación 130 puede comenzarse presionando el primer componente de mezcla hacia fuera de la primera unidad de dosificación 120. Éste es presionado entonces a través de la primera válvula 124, la ranura de circulación del émbolo de control 155 y la cuarta válvula 134 hacia el segundo dispositivo de control 130. A través de ello, el primer componente de mezcla llega rápidamente, es decir en unos pocos segundos, a la presión operativa requerida de unos 100 hasta 200 bares. La presión operativa realmente necesaria resulta aquí de las características del dispositivo de mezcla 150 empleado. Según sea el dispositivo de mezcla 150 pueden emplearse también presiones más bajas o más altas para la mezcla.

Cuando se alcanza la presión operativa, se cierra la cuarta válvula 134 y el émbolo de control 155 es abierto. A través de ello, por un lado es interrumpido el conducto que conduce desde el conducto de entrada 157 al conducto de salida 159 en el dispositivo de mezcla 150. Por otro lado, para evitar que continúe fluyendo el primer componente de mezcla hacia la segunda unidad de dosificación 130 con seguridad añadida, se impide la conducción hacia la segunda unidad de dosificación 130 mediante cierre de la cuarta válvula 134.

En el caso de primera válvula 122 abierta y émbolo de control 155 abierto, el primer componente de mezcla es mezclado de modo conocido en el dispositivo de mezcla 150, por ejemplo en una boquilla de mezcla en sí conocida, con el segundo componente de mezcla puesto a disposición por el segundo dispositivo de mezcla 140 y es descargado del dispositivo de mezcla para la fabricación del material sintético de reacción.

Si el depósito de la primera unidad de dosificación 120 está vacío, la primera válvula 122 es cerrada y la tercera válvula 132 es abierta. La segunda unidad de dosificación 130 asume por lo tanto la entrega del primer componente de mezcla al dispositivo de mezcla 150 de la primera unidad de dosificación 120. El paso desde la primera a la segunda unidad de dosificación 120, 130 puede producirse aquí también de forma regulada y fluida, para garantizar por ejemplo un flujo másico constante durante todo el proceso de mezcla.

Durante todo el método de mezcla, durante periodos en los cuales el primer componente de mezcla solo es entregado por una de las dos unidades de dosificación 120, 130, la respectivamente otra unidad de dosificación 120, 130 puede ser llenada nuevamente mediante un correspondiente ajuste de las válvulas 167, 169 que conducen al depósito de almacenamiento 165. Esto hace posible que ambas unidades de dosificación 120, 130 funcionen en tándem, con lo que una cantidad, correspondiente a la cantidad de primer componente de mezcla que se encuentra en el depósito de almacenamiento 165, de material sintético de reacción puede ser producida en un ciclo de trabajo.

Una vez terminado el ciclo de trabajo, en función del nivel de llenado del primer componente de mezcla en las unidades de dosificación 120, 130 una de las dos unidades de dosificación 120, 130 puede ser completamente llenada, mientras que la otra solo queda parcialmente llena. Esto hace posible llevar a cabo nuevamente el método anteriormente descrito para el ajuste de parámetros operativos correctos del primer componente de mezcla antes del comienzo de otro proceso de mezcla/fabricación. Debido a la construcción simétrica del dispositivo es aquí indiferente que el primer componente de mezcla sea entregado primeramente por el primer o por el segundo dispositivo de dosificación 120, 130.

Como ya se explicado anteriormente, el dispositivo descrito hace posible emplear el primer componente de mezcla completamente para una mezcla, sin tener que dejar circular a éste a través del depósito de almacenamiento. En particular puede ajustarse sin circulación un estado operativo del primer componente de mezcla. Esto permite un almacenamiento y un procesamiento del primer componente de mezcla que garantizan la calidad, y una simplificación estructural del dispositivo para la fabricación de materiales sintéticos de reacción.

El dispositivo anteriormente descrito es apropiado en particular para ser empleado en la fabricación totalmente automática o semiautomática de material sintético, por ejemplo en una mesa circular para el llenado flexible de formas pequeñas. Para ello, el primer dispositivo de dosificación 110 con las dos unidades de dosificación 120, 130 puede estar dispuesto junto con el dispositivo de mezcla 150 sobre un brazo de robot. Esto tiene la ventaja adicional de que, como se ha descrito anteriormente, los conductos entre el dispositivo de dosificación 110 y el dispositivo de mezcla 150 son cortos, lo que contribuye adicionalmente a garantizar la calidad. El segundo dispositivo de dosificación 140 puede estar construido aquí de modo convencional y conducir al dispositivo de mezcla 150 el segundo componente de mezcla en un método de circulación desde un depósito de almacenamiento situado junto al brazo de robot. Alternativamente, el segundo dispositivo de dosificación 140 está dispuesto también sobre el brazo de robot.

La figura 3 representa un diagrama de flujo esquemático para un método para la fabricación o respectivamente mezcla de un material sintético de reacción con un dispositivo como el anteriormente descrito.

En S100, un primer componente de mezcla es conducido desde la primera unidad de dosificación a través del dispositivo de mezcla a la segunda unidad de dosificación, para llevar, como se ha descrito anteriormente, el primer componente de mezcla a un estado operativo necesario para la mezcla, en particular a una presión operativa.

A continuación, en S110 el primer componente de mezcla es mezclado con un segundo componente de mezcla a través del dispositivo de mezcla, como se ha descrito igualmente con anterioridad.

Lista de símbolos de referencia

100 Dispositivo para la fabricación de materiales sintéticos de reacción

110 Primer dispositivo de dosificación

120 Primera unidad de dosificación

122 Primera válvula

124 Segunda válvula

130 Segunda unidad de dosificación

132 Tercera válvula

134 Cuarta válvula

140 Segundo dispositivo de dosificación

150 Dispositivo de mezcla

155 Medios de control

157 Conducto de entrada

159 Conducto de salida

160 Dispositivo de entrega

165 Depósito de almacenamiento

167 Quinta válvula

169 Sexta válvula

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo (100) para la fabricación de materiales sintéticos de reacción, que incluye:

un primer dispositivo de dosificación (110) con una primera unidad de dosificación (120) y una segunda unidad de dosificación (130), que están conformadas respectivamente para la admisión y para la entrega dosificada de un primer componente de mezcla;

un segundo dispositivo de dosificación (140), que está conformado para la admisión y para la entrega dosificada de un segundo componente de mezcla; y

un dispositivo de mezcla (150), que está conformado para la recepción y mezcla del primer componente de mezcla, entregado por la primera unidad de dosificación (120) y/o por la segunda unidad de dosificación (130) del primer dispositivo de dosificación (110), y del segundo componente de mezcla, entregado por el segundo dispositivo de dosificación (140);

caracterizado por que

la primera unidad de dosificación (120) y la segunda unidad de dosificación (130) están unidas de tal modo al dispositivo de mezcla (150) que el primer componente de mezcla puede ser llevado a un estado operativo necesario para la mezcla antes del comienzo de la mezcla mediante conducción del primer componente de mezcla desde la primera unidad de dosificación (120) a través del dispositivo de mezcla (150) a la segunda unidad de dosificación (130), en el que un estado operativo necesario consiste en una presión, una temperatura y/o una viscosidad.

2. Dispositivo (100) según la reivindicación 1, con además

un dispositivo de entrega (160), que incluye un depósito de almacenamiento (165) y es apropiado para la conducción selectiva del primer componente de mezcla a la primera unidad de dosificación (120) y/o a la segunda unidad de dosificación (130); en el que

el primer componente de mezcla, después de haber sido conducido a la primera unidad de dosificación (120) y/o a la segunda unidad de dosificación (130), es mezclado en el dispositivo de mezcla (150) con el segundo componente de mezcla, sin ser conducido de vuelta al dispositivo de entrega (160).

3. Dispositivo (100) según la reivindicación 1 ó 2, en el que

el dispositivo de mezcla (150) incluye medios de control (155), que están conformados para impedir una mezcla del primer componente de mezcla y del segundo componente de mezcla y para conducir en ese caso el primer componente de mezcla en un conducto desde la primera unidad de dosificación (120) a través del dispositivo de mezcla (150) a la segunda unidad de dosificación (130); y

los medios de control (155) están conformados para hacer posible una mezcla del primer componente de mezcla y del segundo componente de mezcla e interrumpir en ese caso el conducto que conduce desde la primera unidad de dosificación (120) a través del dispositivo de mezcla (150) a la segunda unidad de dosificación (130) en el dispositivo de mezcla (150).

4. Dispositivo (100) según la reivindicación 3, en el que

los medios de control (155) incluyen un émbolo de control con una ranura de circulación;

el émbolo de control, en una primera posición, hace posible una entrada del primer componente de mezcla y del segundo componente de mezcla en una cámara de mezcla; y

el primer componente de mezcla, en una segunda posición del émbolo de control, puede ser conducido a través de la ranura de circulación desde la primera unidad de dosificación (120) a la segunda unidad de dosificación (130).

5. Dispositivo (100) según una de las reivindicaciones precedentes, en el que

la primera unidad de dosificación (120) incluye un primer depósito;

la segunda unidad de dosificación (130) incluye un segundo depósito; y

el primer componente de mezcla puede ser presionado antes del comienzo de la mezcla desde el primer depósito al segundo depósito, para alcanzar el estado operativo.

6. Dispositivo (100) según una de las reivindicaciones precedentes, en el que

el primer dispositivo de dosificación (110) es apropiado para, tras el comienzo de la mezcla, entregar el primer componente de mezcla al dispositivo de mezcla alternativamente o cambiando sobre la marcha a través de la primera unidad de dosificación (120) y la segunda unidad de dosificación (130).

7. Dispositivo (100) según una de las reivindicaciones precedentes, en el que

la primera unidad de dosificación (120) y la segunda unidad de dosificación (130) incluyen respectivamente un émbolo de dosificación con un accionamiento por husillo y tuerca así como un servomotor.

8. Dispositivo (100) según una de las reivindicaciones precedentes, en el que

el dispositivo de mezcla (150) incluye un conducto de entrada (157) para la introducción del primer componente de mezcla en el dispositivo de mezcla (150) y un conducto de salida (159) para la descarga del primer componente de mezcla desde el dispositivo de mezcla (150);

la primera unidad de dosificación (120) está unida a través de una primera válvula (122) al conducto de entrada (157) y a través de una segunda válvula (124) al conducto de salida (159);

la segunda unidad de dosificación (130) está unida a través de una tercera válvula (132) al conducto de entrada (157) y a través de una cuarta válvula (134) al conducto de salida (159); y

las válvulas (122, 124, 132, 134) pueden ser abiertas y cerradas independientemente entre sí.

9. Dispositivo (100) según una de las reivindicaciones precedentes, en el que

un volumen del primer componente de mezcla que puede ser admitido en la primera unidad de dosificación (120) y/o la segunda unidad de dosificación (130), puede ser mayor que un volumen del primer componente de mezcla que puede ser admitido a través de conductos, que conducen desde la primera unidad de dosificación (120) y/o la segunda unidad de dosificación (130) hacia el dispositivo de mezcla (150).

10. Dispositivo (100) según una de las reivindicaciones precedentes, que incluye además:

un brazo de robot, sobre el que están dispuestos el primer dispositivo de dosificación (110) y el dispositivo de mezcla (150).

11. Método para la fabricación de materiales sintéticos de reacción con un dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por

la conducción del primer componente de mezcla desde la primera unidad de dosificación (120) a través del dispositivo de mezcla (150) a la segunda unidad de dosificación (130), para llevar el primer componente de mezcla a un estado operativo necesario para la mezcla, en el que un estado operativo necesario consiste en una presión, una temperatura y/o una viscosidad; y a continuación

la mezcla del primer componente de mezcla y del segundo componente de mezcla mediante el dispositivo de mezcla (150).

12. Método según la reivindicación 11, en el que

el primer componente de mezcla incluye un poliol, en particular poliol de poliéster o poliol de poliéter, combinado con un material sólido, en particular grafito expandido, micro-bolas de vidrio o aerogel; y

el segundo componente de mezcla incluye un isocianato.