WO2017194743A1 - Mischvorrichtung und verfahren zum mischen zumindest zweier komponenten - Google Patents

Mischvorrichtung und verfahren zum mischen zumindest zweier komponenten Download PDF

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WO2017194743A1
WO2017194743A1 PCT/EP2017/061471 EP2017061471W WO2017194743A1 WO 2017194743 A1 WO2017194743 A1 WO 2017194743A1 EP 2017061471 W EP2017061471 W EP 2017061471W WO 2017194743 A1 WO2017194743 A1 WO 2017194743A1
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mixing
mixing chamber
piston
channel
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Isa-Henrika HEISEL
Armin Daniel
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Frimo Group Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a mixing device, in particular a mixing head, and a spray mixing device, in particular a spray mixing head, for mixing and subsequent spraying of at least two reacting to a plastic components.
  • Spray heads and spray mixing heads of the type mentioned in the introduction are widely used in the spraying of workpieces in the production of contour-conforming plastic surfaces (so-called "spray skins"), whereby usually two or more components are mixed, which are mixed in a mixing chamber introduced into the mixing chamber, where they are at
  • a fluid can be introduced via a channel, whereby, for example, the mixing of the components in the mixing chamber can be intensified, but also the droplet size and speed can be influenced, whereby the spray pattern of the plastic can be optimized.
  • a separate channel for introducing a fluid to clean the mixing chamber while the spray mixing head is at rest is provided.
  • Production cycle time of a spray skin may be particularly advantageous in very differently shaped components (such as. An instrument panel with very narrow areas in the scoop, but otherwise quite large and little shaped surfaces), if the discharge capacity of the spray material can be varied as much as possible during a spraying process ,
  • a mixing device for mixing at least two reactive components of a plastic and dispensing the mixture.
  • the mixing device comprises: a main body having a bore extending in the axial direction, a mixing chamber for mixing at least two reactive components to produce a plastic, and dispensing the mixture, in particular to a spraying device for spraying the Mixture, at least one channel for at least temporary introduction of fluid, in particular compressed air and / or cleaning fluid and / or cleaning fluid, wherein the channel has an outlet opening through which the channel is at least temporarily connected to the mixing chamber, a first actuating piston in the bore the main body is arranged so displaceable in the axial direction that can be switched by the displacement of the first actuating piston between an operating position in which the components of the plastic can be introduced into the mixing chamber, and a rest position.
  • the invention is characterized by a second actuating piston, which is so arranged independently displaceable relative to the first actuating piston, that by the displacement of the second actuating piston between a Fluidzutagen ein in which the outlet opening is at least partially open, and a closed position in which the second actuating piston Outlet opening closes, regardless of the position of the first actuating piston can be switched.
  • the present invention can i.a. to provide the following benefits:
  • Constant required activation energy to initiate the reaction of the mixture and to obtain the desired properties of the reaction product and / or
  • the device may be characterized by a heating device with which the fluid is heated.
  • the compressed air tempered gas to optimize mixing and reaction behavior, as well as to load the components of the plastic during the spraying process in the operating position of the actuating piston, as well as for cleaning the spraying device in the rest position of the actuating piston, wherein a supply of gas or liquid detergent he follows.
  • a spray mixing device for mixing at least two reactive components of a plastic and spraying a mixture thereof with the mixing device according to the present invention, a spraying device, in particular a spray head, for spraying the mixture and preferably a control unit for controlling the movement of the first and provided second actuating piston.
  • the spraying device may, for example, have a nozzle and / or a spray lance.
  • a method for mixing at least two reactive components of a plastic and dispensing a mixture thereof preferably using the mixing device according to the invention or the spray mixing device according to the invention, wherein the following steps are carried out: supplying at least two components, in particular two reactive components for the production a plastic, via a respective feed into a mixing chamber, wherein a first actuating piston is in an operating position, and mixing, preferably also heating, the two components in the mixing chamber by introducing fluid, in particular compressed air, into the mixing chamber via a channel and an outlet opening through which the channel is connected to the mixing chamber.
  • the introduction of fluid means that a pressurized and heated fluid is introduced into the mixing chamber at a preferably variable volume flow.
  • a second adjusting piston is preferably located in a fluid supply position in which the outlet opening is at least partially open.
  • Fluid volume flow even at extremely different discharge performance of the plastic forming reactive components, achieve optimal mixing.
  • a pressurized and tempered fluid in variable volume flows as a function of the volume flows of at least two reactive raw materials can be defined and reproducible viscosities and flow rates of the total mixture to the spray head, in particular to the outlet opening of the spray nozzle, achieve and thus a defined and Consistent atomization and spray cone formation.
  • a defined temperature introduction into the mixing chamber and by constant temperature maintenance in the mixing chamber constant and optimal reaction sequences can be realized, even with extremely different discharge rates of the components forming the plastic.
  • the use of the mixing device according to the invention and the spray mixing device according to the invention is provided, wherein the first actuating piston is displaced and thereby the second actuating piston is displaced by the movement of the first actuating piston that the Relative arrangement between the first and second actuator piston remains unchanged.
  • a second actuating piston can be moved independently of the first actuating piston such that regardless of the position of the first actuating piston, the fluid supply takes place or can not be done, i. that regardless of the position of the first actuating piston, the outlet opening can be opened and closed by the second actuating piston.
  • the independent mobility of the second actuating piston in particular means that even during the displacement of the first actuating piston from the operating position to the rest position (and vice versa) fluid can be introduced via the channel.
  • the mixing device may have at least two feeds for at least temporarily feeding the components of the plastic into the mixing chamber.
  • the feeders are not connected to the mixing chamber.
  • the first actuating piston ie during the spraying process
  • switch fluid on and off by bringing the second actuating piston into the fluid supply position or closed position accordingly.
  • a displacement of the first actuating piston is not necessary. Due to the sole movement of the second actuating piston, it is possible during the spraying operation, that is, during the first actuating piston in the operating position, to change the supply of fluid, for example to throttle or to increase.
  • the at least temporary connection between the feeders and the mixing chamber or between the channel and the mixing chamber is to be understood in particular as meaning that this connection must be possible in at least one working position.
  • the supply of the components of the plastic via the feeds into the mixing chamber in the working position is possible, in which the first actuating piston is in the operating position.
  • the channel is connected in particular in the working position with the mixing chamber, in which the second adjusting piston is in the fluid supply position.
  • the feeders are connected to the mixing chamber such that the components of the plastic can be introduced into the mixing chamber.
  • the connection between the feeders and the mixing chamber is interrupted by the first adjusting piston, so that the feeders are not connected to the mixing chamber.
  • the outlet opening is spaced from the second actuating piston and thereby at least partially open, so that the fluid can be introduced into the mixing chamber, especially if the first actuating piston is in the operating position.
  • the closed position in which the second actuating piston closes the outlet opening, the connection between the channel and the mixing chamber is interrupted and no fluid can be introduced into the mixing chamber via the channel.
  • more than two feeds may be provided in the mixing device; especially if more than two components are used for the plastic.
  • Mixing the components in the mixing chamber means that first the components are introduced into the mixing chamber and can be mixed therein. Complete mixing of the components can also take place only when fluid is introduced, possibly also outside the actual mixing chamber.
  • first and second actuating pistons are arranged such that they can be displaced independently of one another such that both in the operating position and in the rest position of the first actuating piston the second actuating piston can be in both the fluid supply position and the closed position.
  • This can in any way the operating position with the Fluidzu211 ein and the closed position, and also the rest position of the first actuating piston with the
  • Fluidzu Humangnagna and the closed position of the second Stellkolbens are combined, so that a great variability and flexibility with respect to the control of the mixing device is given.
  • the first actuating piston can have a bore in the axial direction and the second actuating piston can be displaceably arranged in the bore of the first actuating piston in the axial direction.
  • the second actuating piston can be arranged coaxially with the first actuating piston.
  • an embodiment is preferred in which the second actuating piston is arranged relative to the first actuating piston such that the relative arrangement between the first and second actuating piston remains unchanged, while the first actuating piston is displaced between the operating position and the rest position.
  • this embodiment is an embodiment in which the second actuating piston is entrained by the movement of the first actuating piston.
  • the first and second actuating piston can be designed as a valve, in particular a needle valve, for switching between the fluid supply position and the closed position, and / or the outlet opening of the channel can be arranged on the first actuating piston.
  • the supply of fluid may be advantageous.
  • advantages in terms of the flow behavior of the fluid can be expected through individual outlet opening geometries.
  • the exit opening of the channel can automatically move with the movement of the first actuating piston.
  • the mixing device is preferably designed such that at least in the operating position of the first actuating piston and the fluid supply position of the second piston fluid can be introduced into the mixing chamber on one side of the mixing chamber, which is arranged in the outlet direction of the mixture from the mixing chamber at the downstream end of the mixing chamber.
  • the point at which the fluid is introduced into the mixing chamber is opposite to the side of the mixing chamber at which the mixture exits the mixing chamber. This allows the fluid to act optimally on the mixing process and the output of the mixture.
  • the fluid provides for a loading of the reactive components with the fluid (gas) and thus for the reduction of the product density, ie a weight reduction of the finished part / the spray skin.
  • the first actuating piston is in the rest position, effectively different fluids, in particular compressed air or alternatively cleaning fluid, are introduced for cleaning.
  • the channel is at least partially provided extending along the second actuating piston.
  • a particularly advantageous introduction of the fluid is possible in the mixing chamber, wherein an advantageous construction of the mixing device is possible.
  • the channel can extend at least in sections between the second control piston and the first control piston, when the second control piston is arranged in the first control piston.
  • a feed line for introducing fluid into the channel may be provided, the feed line extending at least in sections through the first setting piston and / or being formed at least in sections as a groove (18b) in the main body (2).
  • the supply line can be a common supply line for introducing fluid into the channel and for displacing the second setting piston into the fluid supply position along the axial direction.
  • the second control piston can be displaced from the closed position into the fluid supply position along the axial direction and at the same time fluid can be carried into the channel via the outlet opening opened in the fluid supply position.
  • the inventive method is designed such that the second actuating piston is brought into a closed position in which the second closing piston closes the outlet opening, wherein the first actuating piston is in the operating position.
  • This allows a simple way to stop the supply of fluid while the mixing device remains in the operating state.
  • the first actuating piston can be moved from the operating position to the rest position and thereby remain the second actuating piston in the Fluidzu1700.
  • This allows cleaning of the closed mixing chamber and the spray head without having to interrupt the supply of fluid through the channel.
  • This cleaning can be carried out during a spray program as a spray application interruption by gas or after a spray program by blowing the spray mixing head by gas or alternatively liquid detergent.
  • the first actuating piston can be moved and fluid flow continuously during the switching through the channel.
  • This apparatus is for mixing at least two reactive components of a plastic and dispensing a mixture thereof, the apparatus comprising: a main body having a bore extending in the axial direction, a mixing chamber for mixing the components for the plastic and for dispensing the mixture, in particular to a spraying device for spraying the mixture, at least one channel for at least temporarily introducing fluid, in particular compressed air and / or cleaning fluid, into the mixing chamber, wherein the channel has an outlet opening via the the channel is at least temporarily connected to the mixing chamber, a first actuating piston, which is arranged in the bore of the main body in the axial direction so displaceable that by the displacement of the first actuating piston between a
  • Heating device for heating the fluid.
  • the heating device is arranged outside the mixing device.
  • the heater may be formed as a heating coil, which is arranged for example in a fluid line, in particular compressed air line.
  • Previously mentioned aspects or features of subclaims 2 to 10 and also the embodiment according to claim 1 can be used as preferred embodiments of the device according to claim 17.
  • the device according to claim 17 can also be used in the method according to one of claims 11 to 16.
  • Fig. La shows a sectional view through a mixing device according to the invention in a first working position
  • Fig. Lb shows another sectional view of the mixing device according to the invention in the first working position
  • FIG. 2a shows a sectional view according to FIG. 1a through the mixing device according to the invention in a second working position
  • FIG. 2b shows a sectional view according to FIG. 1b of the mixing device according to the invention in the second
  • FIG 3a shows a sectional view according to FIGS. 1a and 2a through the mixing device according to the invention in a third working position;
  • Fig. 3b shows a sectional view according to Fig. Lb and 2b of the mixing device according to the invention in the third
  • the figures represent sectional views of a mixing apparatus 1 having a main body 2 through which a bore 3 extends in the axial direction A.
  • a first adjusting piston 7 is arranged, which is displaceable in the axial direction A.
  • the first adjusting piston 7 in turn has a bore 9 in which a second adjusting piston 8 is mounted displaceably in the axial direction A.
  • the mixing device 1 has a mixing chamber 4 for mixing components for the plastic and for dispensing the mixture.
  • a spraying device (not shown) for spraying the mixture may be attached to the mixing chamber.
  • the mixing device 1 shown in the figures has a receptacle 10 for a spraying device for spraying the mixture.
  • a state or a working position of the mixing device 1 is shown in which both the first actuating piston 7 and the second actuating piston 8 are in an advanced position.
  • the advanced positions correspond to the rest position of the first actuating piston 7 and the closed position of the second actuating piston eighth
  • the mixing chamber 4 consists only of the area which is not occupied by the first adjusting piston 7 or of elements connected to the adjusting piston 7. It is also conceivable that the mixing chamber 4 is completely occupied in the rest position of the first actuating piston 7 of the first actuating piston 7, so that there is substantially no mixing chamber 4 in the rest position of the first actuating piston 7.
  • FIGS. 2 a and 2 b a second state or a second working position of the mixing device is shown, in which the first Control piston 7 is in the operating position and the second actuating piston 8 is in the closed position. That is, in the second state, the first actuator piston 7 is in the retracted position, but the second actuator piston 8 is in the advanced position.
  • the mixing chamber 4 is (completely) formed, since now also in the rest position by the first actuating piston 7 (or by associated elements) occupied area is exposed. Consequently, in the second state, mixing of the components of the plastic may occur, but without supplying fluid through the channel 6 into the mixing chamber 4.
  • Figures 3a and 3b show a third state and a third working position of the mixing device 1, wherein the first actuating piston 7 in the operating position (ie the retracted position) and the second actuating piston 8 in the FluidzuScience ein (ie the retracted position).
  • this third state can thus take place a supply of the components of the plastic in the mixing chamber 4, while additionally introduced via the channel 6 in the mixing chamber 4 fluid for intensive mixing of the components, as well as for a gas loading of the mixture to reduce the density of the plastic (The weight of the spray skin), as well as for an increase in volume of the mixture in the spray head for optimal Sprühkegel theory provides.
  • a fourth state or a fourth working position is possible, which is not shown in the drawings;
  • the first actuating piston 7 in the advanced position (as shown in Fig. 1), but the second control pistons 8 in the retracted position (as shown in Fig. 3).
  • cleaning may be performed by flowing fluid through the channel 6 into the mixing device.
  • the two feeds 5a, 5b are provided for at least temporarily feeding the components of the plastic into the mixing chamber 4.
  • one component is polyol and the other component is isocyanate.
  • the mixing device 1 has the channel 6 for at least temporary introduction of fluid (in particular compressed air) into the mixing chamber 4, wherein the channel 6 has an outlet opening 19, via which the channel 6 is connected to the mixing chamber 4, or at which the channel 6 opens into the mixing chamber 4.
  • fluid in particular compressed air
  • the mixing device 1 has the second actuating piston 8, which is so independent relative to the first actuating piston 7 slidably disposed that by the displacement of the second adjusting piston 8 between the Fluidzutagen ein in which the outlet opening 19 spaced from the second actuating piston 8 and thereby at least partially open, so that the fluid can be introduced into the mixing chamber 4, and a closed position can be switched in which the second adjusting piston 8 closes the outlet opening 19, so that the connection between the channel 6 and the mixing chamber 4 is interrupted and no fluid can be introduced into the mixing chamber 4 via the channel 6.
  • Appropriate injection devices IIa, IIb, through which the components of the plastic are injected, can be connected to the supply openings 5a, 5b.
  • the mixing device 1 or the main body 2 has, in the embodiment shown in the figures, return grooves 13a, 13b and return bores 12a, 12b which extend outwardly through the main body 2.
  • the arrangement of these components is such that the plastic components supplied by the two supply lines 5a, 5b receive the components of the plastic in the case in which the first actuating piston 7 is in the rest position, the return groove 13a, 13b formed in the first actuating piston 7 receives and supplies the components of the plastic the return bore 12a, 12b passes, so that the components can, for example, flow back into a collection tank.
  • One advantage is that the components can always be kept in motion and circulated and not come to a standstill and cure in the feeders.
  • the outlet opening 19 is arranged directly at the end of the first adjusting piston 7, on which the first adjusting piston 7 adjoins the mixing chamber 4.
  • the first actuating piston 7 is driven accordingly. This is done in the embodiment shown in the figures via the port 14, via the example. Compressed air is introduced, whereby the first actuating piston 7 is urged from the advanced position to the retracted position.
  • the reverse movement of the first actuating piston 7, namely the movement from the retracted position to the advanced position, can be done by pressurizing the port 15, for example with compressed air.
  • the movement of the second actuating piston 8 from the advanced position to the retracted position takes place via a drive, which, for example, can be designed as a (pneumatic) connection 16, as shown in FIG. 3 a.
  • a drive which, for example, can be designed as a (pneumatic) connection 16, as shown in FIG. 3 a.
  • fluid is introduced through the supply line 18 into the channel 6 between the first control piston 7 and the second control piston 8, whereby the second control piston 8 is urged in the retracted position.
  • Fluidzu 1500 ein to the closed position can be done by introducing compressed air into the port 17, whereby the second actuating piston 8 is urged in the advanced position.
  • the reference numerals 14-17 thus represent fluid drives for the first and second actuating pistons. They can be pneumatic or hydraulic, also variously.
  • the first 7 and second 8 control pistons are independently displaceable and independently controllable, wherein both in the operating and the rest position of the first actuating piston 7, the second control piston 8 may be in both the Fluidzu 1500 ein and the closed position.
  • the first actuating piston 7 has a bore 9 in the axial direction A and the second actuating piston 8 is arranged displaceably in the bore 9 of the first actuating piston 7 in the axial direction A, in particular such that the second actuating piston 8 is arranged coaxially to the first actuating piston 7.
  • the second control piston 8 is received within the first control piston 7, in particular such that the second control piston 8 is completely surrounded by the first control piston 7 and the second control piston 8 in the interior of the first control piston 7 is movable in the axial direction.
  • the first 7 and second 8 control pistons are designed as a valve, in particular needle valve, wherein the valve is open when the second actuating piston 8 is in the fluid supply position, and the valve is closed when the second actuating piston 8 is in the closed position.
  • the outlet opening 19 of the channel 6 is arranged such that at least in the operating position of the first actuating piston 7 fluid can be introduced into the mixing chamber 4 on one side of the mixing chamber 4, which viewed in the outlet direction A of the mixture from the mixing chamber 4 at the downstream end the mixing chamber 4, viewed in the flow direction is therefore arranged at the beginning of the mixing chamber.
  • the flow and exit direction A of the mixture is the axial direction A, which points to the left in the figures.
  • the channel 6 extends along the second adjusting piston 8, in particular the piston rod 8b in the axial direction A, wherein the channel 6 is located between the second adjusting piston 8 and the first adjusting piston 7.
  • the Channel 6 of the first actuating piston 7 and the second actuating piston 8 is formed or limited.
  • a supply line 18 is designated, is introduced via the fluid in the channel 6 from outside the mixing device 1.
  • the supply line 18 or a part 18b thereof extends at least in sections through the first adjusting piston 7.
  • the feed line 18 or a part 18a thereof may be formed in a groove shape in the main body 2.
  • the groove 18a is dimensioned in the axial direction so that it is always in communication with the part of the supply line 18b which extends through the first adjusting piston 7, so that the supply of fluid through the supply line 18a, 18b into the channel 6 both in the retracted position of the first actuating piston 7 (as shown in FIGS. 2 and 3) and in the advanced position of the first actuating piston 7 (as shown in FIG. 1) is possible.
  • the length of this groove 18 in the axial direction is thus at least the length by which the first actuating piston 7 moves axially from the advanced (i.e.
  • Operating position is displaceable.
  • the supply line 18 is a common supply line for introducing fluid into the channel 6 and for displacing the second adjusting piston 8 into the fluid supply position along the axial direction A.
  • FIGS. 2a and 3a it can be seen that by introducing fluid into the port 16, the fluid extends through the supply line 18 into the channel 6 and initially by the pressure increase in the channel 6, the second actuating piston 8 so far to the right, until the second actuating piston 8 in the retracted position, ie the Fluidzutagen ein located. The further fluid introduced through the port 16 can then flow via the channel 6 and the opened outlet opening 19 into the mixing chamber 4.
  • a spray mixing device for mixing and spraying the mixture
  • a spraying device in particular a spray head (not shown), for spraying the mixture to the receptacle 10 is attached.
  • a control unit for controlling the movement of the first and second actuating piston, and for selecting between (usually) liquid or gaseous fluid for mixing and loading the components of the plastic or for cleaning the spray mixing head in this spray mixing device provided be.
  • a step can be performed in which the first actuating piston 7 is moved from the operating position to the rest position and thereby the second actuating piston 8 remains in the Fluidzu211.
  • This allows, for example, the direct transition of mixing and spraying of plastic for cleaning the device 1 by the fluid.
  • spray interruptions can also be realized during a spray program, for example when a robot is traveling over a surface that is not to be sprayed.
  • the first actuating piston 7 When switching between the mixing of the components of the plastic in the mixing chamber (when the first actuating piston 7 is in the operating position) and the cleaning of the mixing chamber (when the first actuating piston 7 is in the rest position), the first actuating piston 7 is moved while fluid continuously during the switching through the channel 6 can flow.
  • the mixing device can be operated or used such that the first actuating piston 7 is displaced and thereby the second actuating piston 8 is displaced by the movement of the first actuating piston 7 such that the relative arrangement between the first and second actuating piston remains unchanged. That is, the movement of the first actuating piston 7 is the cause of the (automatically simultaneously taking place) movement of the second actuating piston eighth

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Abstract

Mischvorrichtung (1), insbesondere Mischkopf, zum Mischen und Ausgeben eines Gemisches wobei durch einen zweiten Stellkolben (8), der relativ zum ersten Stellkolben (7) derart unabhängig verschiebbar angeordnet ist, dass durch die Verschiebung des zweiten Stellkolbens (8) zwischen einer Fluidzuführstellung, in der die Austrittsöffnung (19) zumindest teilweise geöffnet ist, und einer Schließstellung, in der der zweite Stellkolben (8) die Austrittsöffnung (19) verschließt, unabhängig von der Stellung des ersten Stellkolbens (7) umgeschaltet werden kann.

Description

MISCHVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM MISCHEN ZUMINDEST ZWEIER
KOMPONENTEN
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung, insbesondere einen Mischkopf, sowie eine Sprühmischvorrichtung, insbesondere einen Sprühmischkopf, zum Mischen und anschließenden Versprühen von zumindest zwei zu einem Kunststoff reagierenden Komponenten.
Stand der Technik
Sprühköpfe und Sprühmischköpfe der eingangs genannten Art finden beim Besprühen von Werkstücken bei der Herstellung von konturgerechten KunststoffOberflächen (sog. „Sprühhäuten") breite Anwendung. Dabei werden üblicherweise zwei oder mehr Komponenten verwendet, die in einer Mischkammer vermischt werden. Diese Komponenten werden über getrennte Zuführungen in die Mischkammer eingeführt, wo sie sich beim
Aufeinandertreffen vermischen und dann im vermischten Zustand aus der Mischkammer austreten und über einen Sprühkopf versprüht werden können.
Aus der DE 10 2011 079 982 AI ist bekannt, dass gleichzeitig mit dem Zuführen der Komponenten des Kunststoffs in die Mischkammer ein Fluid über einen Kanal eingeleitet werden kann, wodurch bspw. die Vermischung der Komponenten in der Mischkammer intensiviert werden kann, aber auch die Tröpfchengröße und -geschwindigkeit beeinflusst werden kann, wodurch das Sprühbild des Kunststoffs optimiert werden kann. Ein getrennter Kanal zum Einführen eines Fluides zum Reinigen der Mischkammer, während der Sprühmischkopf in Ruhestellung ist, ist vorgesehen.
Derartige Mischsprühköpfe haben sich bewährt. Allerdings werden immer höhere Anforderungen an physikalische Eigenschaften, Dickentoleranz, Gewicht und
Produktionszykluszeit einer Sprühhaut gestellt. Auch kann es vor allem bei sehr unterschiedlich geformten Bauteilen (wie bspw. einer Instrumententafel mit sehr engen Bereichen in der Hutze, sonst aber recht großen und wenig geformten Flächen) von Vorteil sein, wenn die Austragsleistung des Sprühmaterials während eines Sprühvorganges möglichst stark variiert werden kann .
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einfacher Konstruktion eine Mischvorrichtung und/oder ein Verfahren zum Mischen so zu gestalten, dass die Betriebszustände besser variiert werden können, beispielsweise exakter, schneller und flexibler ausgeführt werden können, insbesondere hinsichtlich des Zusammenspiels von Betriebszustand, Ruhezustand und Zufuhr von Fluid.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Mischvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Demzufolge ist eine Mischvorrichtung, insbesondere ein Mischkopf, zum Mischen von zumindest zwei reaktiven Komponenten eines Kunststoffs und Ausgeben des Gemisches vorgesehen. Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung weist auf: einen Hauptkörper mit einer Bohrung, die sich in Axialrichtung erstreckt, eine Mischkammer zum Mischen von zumindest zwei reaktiven Komponenten zur Herstellung eines Kunststoffs, und Ausgeben des Gemisches, insbesondere an eine Sprüheinrichtung zum Versprühen des Gemisches, zumindest einen Kanal zum zumindest zeitweisen Einführen von Fluid, insbesondere Druckluft und/oder Reinigungsfluid und/oder Reinigungsflüssigkeit, wobei der Kanal eine Austrittsöffnung aufweist, über die der Kanal zumindest zeitweise mit der Mischkammer verbunden ist, einen ersten Stellkolben, der in der Bohrung des Hauptkörpers in Axialrichtung derart verschiebbar angeordnet ist, dass durch die Verschiebung des ersten Stellkolbens zwischen einer Betriebsstellung, in der die Komponenten des Kunststoffs in die Mischkammer eingeführt werden können, und einer Ruhestellung umgeschaltet werden kann. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen zweiten Stellkolben, der relativ zum ersten Stellkolben derart unabhängig verschiebbar angeordnet ist, dass durch die Verschiebung des zweiten Stellkolbens zwischen einer Fluidzuführstellung, in der die Austrittsöffnung zumindest teilweise geöffnet ist, und einer Schließstellung, in der der zweite Stellkolben die Austrittsöffnung verschließt, unabhängig von der Stellung des ersten Stellkolbens umgeschaltet werden kann.
Die vorliegende Erfindung kann u.a. die nachfolgend genannten Vorteile bereitstellen:
Konstante und selbst bei kleinsten Austragsleistungen genügend Bereitstellung einer hohen kinetischen Energie in der Mischkammer zur Vermischung der Rohstoffe.
Erzeugung eines optimalen Sprühkegels zum Auftrag der Sprühhaut über den gesamten vorgesehenen
Austragsleistungsbereich .
konstante erforderliche Aktivierungsenergie zur Einleitung der Reaktion des Gemisches und zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften an das Reaktionsprodukt, und/oder
selektives Zu- bzw. Wegschalten der Komponenten des Kunststoffes als auch weiterer Fluide innerhalb eines Sprühprogrammes . Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung in einer Ausführungsform durch eine Heizeinrichtung gekennzeichnet sein, mit der das Fluid erwärmt wird. Vorzugsweise ist in dieser Erfindung die Druckluft temperiertes Gas zur Optimierung von Vermischung und Reaktionsverhalten, sowie zur Beladung der Komponenten des Kunststoffes während des Sprühprozesses in Betriebsstellung des Stellkolbens, als auch zur Reinigung der Sprühvorrichtung in Ruhestellung des Stellkolbens, wobei eine Zufuhr von Gas oder flüssigem Reinigungsmittel erfolgt.
Des Weiteren ist erfindungsgemäß eine Sprühmischvorrichtung zum Mischen von zumindest zwei reaktiven Komponenten eines Kunststoffs und Versprühen eines Gemisches davon mit der Mischvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, einer Sprüheinrichtung, insbesondere einem Sprühkopf, zum Versprühen des Gemisches sowie vorzugsweise einer Steuereinheit zum Steuern der Bewegung des ersten und zweiten Stellkolbens vorgesehen. Die Sprüheinrichtung kann beispielsweise eine Düse und/oder eine Sprühlanze aufweisen.
Erfindungsgemäß ein Verfahren zum Mischen von zumindest zwei reaktiven Komponenten eines Kunststoffs und Ausgeben eines Gemisches davon, vorzugsweise unter Einsatz der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung oder der erfindungsgemäßen Sprühmischvorrichtung vorgesehen, wobei die folgenden Schritte durchgeführt werden: Zuführen von zumindest zwei Komponenten, die insbesondere zwei reaktive Komponenten zur Herstellung eines Kunststoffs aufweisen, über eine jeweilige Zuführung in eine Mischkammer, wobei sich ein erster Stellkolben in einer Betriebsstellung befindet, und Mischen, vorzugsweise auch Erwärmen, der zwei Komponenten in der Mischkammer durch Einführen von Fluid, insbesondere Druckluft, in die Mischkammer über einen Kanal und eine Austrittsöffnung, über die der Kanal mit der Mischkammer verbunden ist. Dabei bedeutet das Einführen von Fluid, dass ein druckbeaufschlagtes und erwärmtes Fluid bei vorzugsweise variablem Volumenstrom in die Mischkammer eingeführt wird.
Vorzugsweise befindet sich dabei ein zweiter Stellkolben in einer Fluidzuführstellung, in der die Austrittsöffnung zumindest teilweise geöffnet ist.
Durch die definierte Einleitung des druckbeaufschlagten und temperierten Fluids in variabel gestaltbaren Volumenströmen kann in der Mischkammer so viel kinetische Energie erzeugt werden, wie sie zur optimalen Vermischung der reaktiven Komponenten zur Herstellung des Kunststoffes benötigt wird. Insbesondere lässt sich durch Variation des
Fluidvolumenstroms , selbst bei extrem unterschiedlichen Austragsleistungen der den Kunststoff bildenden reaktiven Komponenten, eine optimale Vermischung erzielen. Durch die definierte Einleitung eines druckbeaufschlagten und temperierten Fluids in variabel gestaltbaren Volumenströmen in Abhängigkeit von den Volumenströmen der zumindest zwei reaktiven Rohstoffe lassen sich definierte und reproduzierbare Viskositäten und Fließgeschwindigkeiten des Gesamtgemisches bis zum Sprühkopf, insbesondere bis zur Austrittsöffnung der Sprühdüse, erzielen und damit eine definierte und gleichbleibende Zerstäubung und Sprühkegelausbildung. Durch eine definierte Temperatureinbringung in die Mischkammer und durch konstante Temperaturerhaltung in der Mischkammer lassen sich konstante und optimale Reaktionsabläufe, auch bei extrem unterschiedlichen Austragsleistungen der den Kunststoff bildenden Komponenten realisieren.
Des Weiteren ist erfindungsgemäß die Verwendung der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung sowie der erfindungsgemäßen Sprühmischvorrichtung vorgesehen, wobei der erste Stellkolben verschoben wird und dabei der zweite Stellkolben derart durch die Bewegung des ersten Stellkolbens verschoben wird, dass die Relativanordnung zwischen dem ersten und zweiten Stellkolben unverändert bleibt.
Dabei kann vorteilhaft sein, dass ein zweiter Stellkolben unabhängig vom ersten Stellkolben derart verschoben werden kann, dass unabhängig von der Stellung des ersten Stellkolbens die Fluidzuführung erfolgen oder nicht erfolgen kann, d.h. dass unabhängig von der Stellung des ersten Stellkolbens die Austrittsöffnung durch den zweiten Stellkolben geöffnet und verschlossen werden kann. Die unabhängige Bewegbarkeit des zweiten Stellkolbens führt insbesondere dazu, dass auch während des Verschiebens des ersten Stellkolbens von der Betriebsstellung in die Ruhestellung (und umgekehrt) Fluid über den Kanal eingeführt werden kann.
Beispielsweise kann die Mischvorrichtung zumindest zwei Zuführungen zum zumindest zeitweisen Zuführen der Komponenten des Kunststoffs in die Mischkammer aufweisen. Beispielsweise sind in der Ruhestellung des ersten Stellkolbens die Zuführungen nicht mit der Mischkammer verbunden.
Beispielsweise ist es auch während der Betriebsstellung des ersten Stellkolbens, also während des Sprühvorgangs, möglich, Fluid zu- und abschalten, indem der zweite Stellkolben entsprechend in Fluidzuführstellung oder Schließstellung gebracht wird. Dazu ist ein Verschieben des ersten Stellkolbens nicht nötig. Durch die alleinige Bewegung des zweiten Stellkolbens ist es möglich, während des Sprühvorgangs, also während der erste Stellkolben in Betriebsstellung ist, die Zufuhr von Fluid zu verändern, bspw. zu drosseln oder zu erhöhen.
Auch die Möglichkeit, dass bereits während des Übergangs in den Betriebszustand, wenn der erste Stellkolben von der Ruhestellung in die Betriebsstellung verschoben wird, Fluid über den Kanal zugeführt werden kann, ist gegeben. Somit ist eine exakte, schnelle und flexible Steuerung bzw. Koordination des Zusammenspiels von Betriebszustand, Ruhezustand und Zufuhr von Fluid (d.h. Fluidzuführzustand und Schließzustand) möglich.
Insbesondere dann, wenn beim Übergang des ersten Stellkolbens zwischen der Betriebsstellung und der Ruhestellung die Relativanordnung zwischen dem ersten und zweiten Stellkolben unverändert bleibt, ist eine exakte und einfache Steuerung bzw. Koordination möglich.
Die zumindest zeitweise Verbindung zwischen den Zuführungen und der Mischkammer bzw. zwischen dem Kanal und der Mischkammer ist insbesondere so zu verstehen, dass diese Verbindung in zumindest einer Arbeitsstellung möglich sein muss. Beispielsweise ist die Zufuhr der Komponenten des Kunststoffs über die Zuführungen in die Mischkammer in der Arbeitsstellung möglich, in der sich der erste Stellkolben in der Betriebsstellung befindet. Der Kanal ist insbesondere in der Arbeitsstellung mit der Mischkammer verbunden, in der sich der zweite Stellkolben in der Fluidzuführstellung befindet.
In der Betriebsstellung des ersten Stellkolbens sind die Zuführungen mit der Mischkammer derart verbunden, dass die Komponenten des Kunststoffs in die Mischkammer eingeführt werden können. In der Ruhestellung des ersten Stellkolbens ist die Verbindung zwischen den Zuführungen und der Mischkammer durch den ersten Stellkolben unterbrochen, sodass die Zuführungen nicht mit der Mischkammer verbunden sind. In der Fluidzuführstellung ist die Austrittsöffnung vom zweiten Stellkolben beabstandet und dadurch zumindest teilweise geöffnet, sodass das Fluid in die Mischkammer eingeführt werden kann, insbesondere auch wenn der erste Stellkolben in der Betriebsstellung ist. In der Schließstellung, in der der zweite Stellkolben die Austrittsöffnung verschließt, ist die Verbindung zwischen dem Kanal und der Mischkammer unterbrochen und kein Fluid kann in die Mischkammer über den Kanal eingeführt werden.
Natürlich können auch mehr als zwei Zuführungen in der Mischvorrichtung vorgesehen sein; insbesondere dann, wenn mehr als zwei Komponenten für den Kunststoff verwendet werden.
Mischen der Komponenten in der Mischkammer bedeutet, dass zunächst die Komponenten in die Mischkammer eingebracht werden und darin vermischt werden können. Eine vollständige Vermischung der Komponenten kann auch erst bei Einbringen von Fluid stattfinden, möglicherweise auch außerhalb der eigentlichen Mischkammer.
Im Übrigen können die folgenden Vorteile durch die vorliegende Erfindung unterstützt werden: Temperaturkonstanz nach Eintrag der Komponenten in der Mischkammer, kein Abschrecken der Komponenten, unterschiedliche Temperaturerhöhungen durch unterschiedliche Drücke an den Düsen, zusätzliche Verwirbelung, Konstanthaltung der Komponentenviskosität und Reaktionsverlaufs, Konstanz des Sprühkegels,
Dichtereduzierung, Volumenvergrößerung des Gemisches und damit eine Beschleunigung des Materials zur Austrittsöffnung, und die Möglichkeit einer Schussunterbrechung.
Besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind als abhängige Ansprüche angegeben.
Insbesondere sind der erste und zweite Stellkolben derart unabhängig voneinander verschiebbar angeordnet, dass sowohl in der Betriebs- als auch der Ruhestellung des ersten Stellkolbens der zweite Stellkolben in sowohl der Fluidzuführstellung als auch der Schließstellung sein kann. Dadurch kann auf beliebige Weise die Betriebsstellung mit der Fluidzuführstellung und der Schließstellung, und auch die Ruhestellung des ersten Stellkolbens mit der
Fluidzuführstellung und der Schließstellung des zweiten Stellkolbens kombiniert werden, sodass eine große Variabilität und Flexibilität bzgl. der Steuerung der Mischvorrichtung gegeben ist.
Weiter kann der erste Stellkolben eine Bohrung in Axialrichtung aufweisen und der zweite Stellkolben in der Bohrung des ersten Stellkolbens in Axialrichtung verschiebbar angeordnet sein. Dabei kann insbesondere der zweite Stellkolben koaxial zum ersten Stellkolben angeordnet sein. Eine derartige Ausführungsform ist eine bevorzugte Ausgestaltung, bei der es möglich ist, durch das Verschieben des ersten Stellkolbens zu erreichen, dass der zweite Stellkolben allein durch die Bewegung des ersten Stellkolbens mitverschoben wird, ohne dass die Relativposition zwischen dem ersten Stellkolben und dem zweiten Stellkolben verändert wird. Mit anderen Worten ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der der zweite Stellkolben derart relativ zum ersten Stellkolben angeordnet ist, dass die Relativanordnung zwischen dem ersten und zweiten Stellkolben unverändert bleibt, während der erste Stellkolben zwischen der Betriebsstellung und der Ruhestellung verschoben wird. Anders ausgedrückt ist diese Ausführungsform eine Ausführungsform, in der der zweite Stellkolben durch die Bewegung des ersten Stellkolbens mitgenommen wird.
Dabei können der erste und zweite Stellkolben als Ventil, insbesondere Nadelventil, zum Umschalten zwischen der Fluidzuführstellung und der Schließstellung ausgebildet sein, und/oder die Austrittsöffnung des Kanals kann an dem ersten Stellkolben angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform kann die Zufuhr von Fluid vorteilhaft erfolgen. Insbesondere lassen sich durch individuelle Austrittsöffnungsgeometrien Vorteile hinsichtlich des Strömungsverhaltens des Fluids erwarten. Auch kann sich die Austrittsöffnung des Kanals mit der Bewegung des ersten Stellkolbens automatisch mitbewegen.
Die Mischvorrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass zumindest in der Betriebsstellung des ersten Stellkolbens und der Fluidzuführstellung des zweiten Kolbens Fluid in die Mischkammer auf einer Seite der Mischkammer eingeführt werden kann, die in der Austrittrichtung des Gemisches aus der Mischkammer heraus betrachtet am nachgelagerten Ende der Mischkammer angeordnet ist. Mit anderen Worten liegt die Stelle, an der das Fluid in die Mischkammer eingeführt wird, der Seite der Mischkammer gegenüber, an der das Gemisch aus der Mischkammer austritt. Dadurch kann das Fluid optimal auf den Mischvorgang sowie das Ausgeben des Gemisches einwirken. Gleichzeitig sorgt das Fluid für eine Beladung der reaktiven Komponenten mit dem Fluid (Gas) und damit für das Herabsetzen der Produktdichte, also einer Gewichtsreduzierung des Fertigteils/der Sprühhaut. Gleichzeitig können beim Reinigungsvorgang, wenn der erste Stellkolben in Ruhestellung ist, wirksam unterschiedliche Fluide, insbesondere Druckluft bzw. alternativ Reinigungsflüssigkeit, zur Reinigung eingeführt werden.
Vorzugsweise ist der Kanal zumindest abschnittsweise entlang dem zweiten Stellkolben verlaufend vorgesehen. In dieser Ausführungsform ist eine besonders vorteilhafte Einführung des Fluides in die Mischkammer möglich, wobei eine vorteilhafte Konstruktion der Mischvorrichtung möglich ist.
Weiter vorzugsweise kann der Kanal zumindest abschnittsweise zwischen dem zweiten Stellkolben und dem ersten Stellkolben verlaufen, wenn der zweite Stellkolben in dem ersten Stellkolben angeordnet ist.
In dieser Ausführungsform kann eine Zuleitung zum Einführen von Fluid in den Kanal vorgesehen sein, wobei sich die Zuleitung zumindest abschnittsweise durch den ersten Stellkolben hindurch erstreckt und/oder zumindest abschnittsweise als Nut (18b) im Hauptkörper (2) ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eine einfache Konstruktion bei hoher Zuverlässigkeit gegeben sein. Insbesondere kann die Zuleitung eine gemeinsame Zuleitung zum Einführen von Fluid in den Kanal und zum Verschieben des zweiten Stellkolbens in die Fluidzuführstellung entlang der Axialrichtung sein. Mit anderen Worten kann dadurch, dass Fluid über die Zuleitung eingeführt wird, der zweite Stellkolben von der Schließstellung in die Fluidzuführstellung entlang der Axialrichtung verschoben werden und gleichzeitig Fluid in den Kanal über die in der Fluidzuführstellung geöffnete Austrittsöffnung ausgeführt werden. In dieser Ausführungsform ist die Bewegung des zweiten Stellkolbens aus der Schließstellung in die Fluidzuführstellung und das Einführen von Fluid in den Kanal über die Austrittsöffnung in die Mischkammer über ein gemeinsames Steuern des Fluids in der gemeinsamen Zuleitung möglich, sodass kein getrenntes
Ansteuern nötig ist, sondern automatisch Fluid in den Kanal eingeführt wird, wenn der zweite Stellkolben aus der Schließstellung zu der Fluidzuführstellung verschoben wird.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgestaltet, dass der zweite Stellkolben in eine Schließstellung gebracht wird, in der der zweite Schließkolben die Austrittsöffnung verschließt, wobei sich der erste Stellkolben in der Betriebsstellung befindet. Dies ermöglicht eine einfache Möglichkeit, die Zufuhr von Fluid zu stoppen, während die Mischvorrichtung im Betriebszustand verbleibt.
Weiter vorzugsweise kann der erste Stellkolben von der Betriebsstellung in die Ruhestellung verschoben werden und dabei der zweite Stellkolben in der Fluidzuführstellung bleiben. Dadurch kann eine Reinigung der geschlossenen Mischkammer und des Sprühkopfes erfolgen, ohne dass die Zufuhr von Fluid durch den Kanal unterbrochen werden muss. Diese Reinigung kann während eines Sprühprogrammes als Sprühauftragsunterbrechung durch Gas oder nach einem Sprühprogramm durch Freiblasen des Sprühmischkopfes mittels Gas oder alternativ flüssigem Reinigungsmittel erfolgen. Auch kann beim Umschalten zwischen dem Vermischen der Komponenten des Kunststoffs in der Mischkammer und dem Reinigen der Mischkammer der erste Stellkolben bewegt werden und Fluid ununterbrochen während des Umschaltens durch den Kanal strömen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung noch näher ersichtlich werden.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung gemäß Anspruch 17. Diese Vorrichtung dient zum Mischen von zumindest zwei reaktiven Komponenten eines Kunststoffs und Ausgeben eines Gemisches davon, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Hauptkörper mit einer Bohrung, die sich in Axialrichtung erstreckt, eine Mischkammer zum Mischen der Komponenten für den Kunststoff und zum Ausgeben des Gemisches, insbesondere an eine Sprüheinrichtung zum Versprühen des Gemisches, zumindest einen Kanal zum zumindest zeitweisen Einführen von Fluid, insbesondere Druckluft und/oder Reinigungsfluid, in die Mischkammer, wobei der Kanal eine Austrittsöffnung aufweist, über die der Kanal zumindest zeitweise mit der Mischkammer verbunden ist, einen ersten Stellkolben, der in der Bohrung des Hauptkörpers in Axialrichtung derart verschiebbar angeordnet ist, dass durch die Verschiebung des ersten Stellkolbens zwischen einer
Betriebsstellung, in der die Komponenten des Kunststoffs in die Mischkammer eingeführt werden können, und einer Ruhestellung umgeschaltet werden kann, und eine
Heizeinrichtung zum Erwärmen des Fluids.
Vorzugsweise ist die Heizeinrichtung außerhalb der Mischvorrichtung angeordnet. Die Heizeinrichtung kann als Heizwendel ausgebildet sein, die beispielsweise in einer Fluidleitung, insbesondere Druckluftleitung, angeordnet ist. Zuvor genannte Aspekte oder Merkmale der Unteransprüche 2 bis 10 und auch die Ausgestaltung nach Anspruch 1 können als bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß Anspruch 17 zum Einsatz kommen. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 17 kann auch in dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16 zum Einsatz kommen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. la zeigt eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung in einer ersten Arbeitsstellung;
Fig. lb zeigt eine andere Schnittansicht der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung in der ersten Arbeitsstellung;
Fig. 2a zeigt eine Schnittansicht gemäß Fig. la durch die erfindungsgemäße Mischvorrichtung in einer zweiten Arbeitsstellung;
Fig. 2b zeigt eine Schnittansicht gemäß Fig. lb der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung in der zweiten
Arbeitsstellung;
Fig. 3a zeigt eine Schnittansicht gemäß Fig. la und 2a durch die erfindungsgemäße Mischvorrichtung in einer dritten Arbeitsstellung;
Fig. 3b zeigt eine Schnittansicht gemäß Fig. lb und 2b der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung in der dritten
Arbeitsstellung .
Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Die Figuren stellen Schnittansichten einer Mischvorrichtung 1 dar, die einen Hauptkörper 2 aufweist, durch den sich eine Bohrung 3 in die Axialrichtung A erstreckt. In dieser Bohrung 3 ist ein erster Stellkolben 7 angeordnet, der in die Axialrichtung A verschiebbar ist. Der erste Stellkolben 7 weist wiederum eine Bohrung 9 auf, in der ein zweiter Stellkolben 8 in Axialrichtung A verschiebbar gelagert ist.
Die Mischvorrichtung 1 weist eine Mischkammer 4 zum Mischen von Komponenten für den Kunststoff und zum Ausgeben des Gemisches auf. Zum Ausgeben des Gemisches kann eine Sprüheinrichtung (nicht gezeigt) zum Versprühen des Gemisches an der Mischkammer angebracht sein. Die in den Figuren gezeigte Mischvorrichtung 1 weist eine Aufnahme 10 für eine Sprüheinrichtung zum Versprühen des Gemisches auf.
In Fig. la und lb ist ein Zustand bzw. eine Arbeitsstellung der Mischvorrichtung 1 gezeigt, in der sowohl der erste Stellkolben 7 als auch der zweite Stellkolben 8 in einer vorgeschobenen Position sind. Die vorgeschobenen Positionen entsprechen der Ruhestellung des ersten Stellkolbens 7 und der Schließstellung des zweiten Stellkolbens 8.
In Fig. 1 besteht die Mischkammer 4 lediglich aus dem Bereich, der nicht durch den ersten Stellkolben 7 bzw. von mit dem Stellkolben 7 verbundenen Elementen eingenommen ist. Es ist auch denkbar, dass die Mischkammer 4 in der Ruhestellung des ersten Stellkolbens 7 vollständig von dem ersten Stellkolben 7 eingenommen wird, sodass im Wesentlichen keine Mischkammer 4 in der Ruhestellung des ersten Stellkolbens 7 vorliegt.
In den Fig. 2a und 2b ist ein zweiter Zustand bzw. eine zweite Arbeitsstellung der Mischvorrichtung gezeigt, in der der erste Stellkolben 7 in der Betriebsstellung ist und der zweite Stellkolben 8 in der Schließstellung ist. D.h., in dem zweiten Zustand ist der ersten Stellkolben 7 in der zurückgezogenen Position, aber der zweite Stellkolben 8 in der vorgeschobenen Position .
In diesem zweiten Zustand ist die Mischkammer 4 (vollständig) ausgebildet, da nun auch der in der Ruhestellung durch den ersten Stellkolben 7 (bzw. durch damit verbundene Elemente) eingenommene Bereich freiliegt. In dem zweiten Zustand kann folglich ein Mischen der Komponenten des Kunststoffs stattfinden, jedoch ohne ein Zuführen von Fluid durch den Kanal 6 in die Mischkammer 4.
Die Figuren 3a und 3b zeigen einen dritten Zustand bzw. eine dritte Arbeitsstellung der Mischvorrichtung 1, wobei sich der erste Stellkolben 7 in der Betriebsstellung (also der zurückgezogenen Position) und der zweite Stellkolben 8 in der Fluidzuführstellung (also der zurückgezogenen Position) befindet. In diesem dritten Zustand kann somit eine Zufuhr der Komponenten des Kunststoffs in der Mischkammer 4 stattfinden, während zusätzlich über den Kanal 6 in die Mischkammer 4 eingeführtes Fluid für die intensive Vermischung der Komponenten, als auch für eine Gasbeladung des Gemisches zur Reduzierung der Dichte des Kunststoffes (des Gewichtes der Sprühhaut) , sowie für eine Volumenvergrößerung des Gemisches in dem Sprühkopf zur optimalen Sprühkegelausbildung sorgt.
Besonders vorteilhaft ist es, während eines Sprühprogrammes (eines Herstellungsprozesses für eine Sprühhaut) sowohl die Zufuhr der Komponenten des Kunststoffes, als auch unabhängig davon den Volumenstrom des in die Mischkammer eingeführten Fluids verändern zu können.
Des Weiteren ist ein vierter Zustand bzw. eine vierte Arbeitsstellung möglich, der/die in den Zeichnungen nicht gezeigt ist; dabei ist der erste Stellkolben 7 in der vorgeschobenen Position (wie in Fig. 1 gezeigt), aber der zweite Stellkolben 8 in der zurückgezogenen Position (wie in Fig. 3 gezeigt) . In diesem Zustand sind somit der erste Stellkolben 7 in der Ruhestellung und der zweite Stellkolben 8 in der Fluidzuführstellung . In diesem Zustand kann eine Reinigung durchgeführt werden, indem Fluid durch den Kanal 6 in die Mischvorrichtung fließt.
In der Fluidzuführstellung bzw. der zurückgezogenen Position des zweiten Stellkolbens 8, die in Fig. 3 dargestellt ist, verschließt der zweite Stellkolben 8 die Austrittsöffnung 19 nicht mehr (vollständig) , sodass das Fluid über den Kanal 6 durch die Austrittsöffnung 19 in die Mischkammer 4 eingeführt werden kann.
Durch die Verschiebung des ersten Stellkolbens 7 kann zwischen einer Betriebsstellung, in der Zuführungen 5a, 5b mit der Mischkammer 4 derart verbunden sind, dass die Komponenten des Kunststoffs in die Mischkammer 4 eingeführt werden können, und einer Ruhestellung, in der der erste Stellkolben die Verbindung zwischen den Zuführungen 5a, 5b und der Mischkammer 4 unterbricht, sodass die Zuführungen 5a, 5b nicht mit der Mischkammer 4 verbunden sind, umgeschaltet werden.
Dabei sind die zwei Zuführungen 5a, 5b zum zumindest zeitweisen Zuführen der Komponenten des Kunststoffs in die Mischkammer 4 vorgesehen. Beispielsweise ist die eine Komponente Polyol und die andere Komponente Isocyanat.
Die Mischvorrichtung 1 weist den Kanal 6 zur zumindest zeitweisen Einführung von Fluid (insbesondere Druckluft) in die Mischkammer 4 auf, wobei der Kanal 6 eine Austrittsöffnung 19 aufweist, über die der Kanal 6 mit der Mischkammer 4 verbunden ist, bzw. an der der Kanal 6 in die Mischkammer 4 mündet .
Die Mischvorrichtung 1 weist den zweiten Stellkolben 8 auf, der relativ zum ersten Stellkolben 7 derart unabhängig verschiebbar angeordnet ist, dass durch die Verschiebung des zweiten Stellkolbens 8 zwischen der Fluidzuführstellung, in der die Austrittsöffnung 19 vom zweiten Stellkolben 8 beabstandet und dadurch zumindest teilweise geöffnet ist, sodass das Fluid in die Mischkammer 4 eingeführt werden kann, und einer Schließstellung umgeschaltet werden kann, in der der zweite Stellkolben 8 die Austrittsöffnung 19 verschließt, sodass die Verbindung zwischen dem Kanal 6 und der Mischkammer 4 unterbrochen ist und kein Fluid in die Mischkammer 4 über den Kanal 6 eingeführt werden kann.
An die Zuführöffnungen 5a, 5b können entsprechende Einspritzeinrichtungen IIa, IIb angeschlossen sein, durch die die Komponenten des Kunststoffs eingespritzt werden. Beispielsweise können auch mehr als zwei Zuführöffnungen vorgesehen sein. Die Mischvorrichtung 1 bzw. der Hauptkörper 2 weist in der in den Figuren gezeigten Ausführungsform Rücklaufnuten 13a, 13b sowie Rücklaufbohrungen 12a, 12b auf, die sich durch den Hauptkörper 2 hindurch nach außen erstrecken. Dabei ist die Anordnung dieser Komponenten so, dass die durch die zwei Zuführungen 5a, 5b zugeführten Kunststoffkomponenten in dem Fall, dass der erste Stellkolben 7 in der Ruhestellung ist, die im ersten Stellkolben 7 ausgebildete Rücklaufnut 13a, 13b die Komponenten des Kunststoffs aufnimmt und zu der Rücklaufbohrung 12a, 12b weiterleitet, sodass die Komponenten bspw. in einen Sammeltank zurückfließen können. Ein Vorteil ist, dass die Komponenten immer in Bewegung gehalten und umgewälzt werden können und nicht in den Zuführungen zum Stillstand kommen und aushärten.
Die Austrittsöffnung 19 ist in der in den Figuren gezeigten Ausführungsform direkt an dem Ende des ersten Stellkolbens 7 angeordnet, an dem der erste Stellkolben 7 an die Mischkammer 4 angrenzt. Mit anderen Worten befindet sich die Austrittsöffnung 19, die durch den Stellkolben 8 verschlossen bzw. geöffnet werden kann, in einer Ausführungsform direkt in der Mischkammer 4 bzw. besonders bevorzugt in Strömungsrichtung betrachtet sogar ganz am Anfang der Mischkammer
Um von der in Fig. 1 gezeigten ersten Stellung zu der in Fig. 2 gezeigten zweiten Stellung zu gelangen, wird der erste Stellkolben 7 entsprechend angetrieben. Dies erfolgt in der in den Figuren gezeigten Ausführungsform über den Anschluss 14, über den bspw. Druckluft eingeführt wird, wodurch der erste Stellkolben 7 von der vorgeschobenen Position in die zurückgezogene Position gedrängt wird. Die umgekehrte Bewegung des ersten Stellkolbens 7, nämlich die Bewegung von der zurückgezogenen Position in die vorgeschobene Position, kann durch Beaufschlagen des Anschlusses 15 bspw. mit Druckluft erfolgen .
Die Bewegung des zweiten Stellkolbens 8 von der vorgeschobenen Position in die zurückgezogene Position erfolgt über einen Antrieb, der bspw. als (pneumatischer) Anschluss 16, wie in Fig. 3a dargestellt, ausgeführt sein kann. Dabei wird Fluid durch die Zuleitung 18 in den Kanal 6 zwischen dem ersten Stellkolben 7 und dem zweiten Stellkolben 8 eingeführt, wodurch der zweite Stellkolben 8 in die zurückgezogene Position gedrängt wird. Die umgekehrte Bewegung, nämlich das Verschieben des zweiten Stellkolbens von der
Fluidzuführstellung zu der Schließstellung, kann durch Einführen von Druckluft in den Anschluss 17 erfolgen, wodurch der zweite Stellkolben 8 in die vorgeschobene Position gezwängt wird. Die Bezugszeichen 14-17 stellen somit Fluidantriebe für den ersten und zweiten Stellkolben dar. Sie können pneumatisch oder hydraulisch sein, auch verschiedenartig. Dadurch sind der erste 7 und zweite 8 Stellkolben unabhängig voneinander verschiebbar und unabhängig voneinander ansteuerbar, wobei sowohl in der Betriebs- als auch der Ruhestellung des ersten Stellkolbens 7 der zweite Stellkolben 8 in sowohl der Fluidzuführstellung als auch der Schließstellung sein kann. Der erste Stellkolben 7 weist eine Bohrung 9 in Axialrichtung A auf und der zweite Stellkolben 8 ist in der Bohrung 9 des ersten Stellkolbens 7 in Axialrichtung A verschiebbar angeordnet, und zwar insbesondere derart, dass der zweite Stellkolben 8 koaxial zum ersten Stellkolben 7 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist der zweite Stellkolben 8 innerhalb des ersten Stellkolbens 7 aufgenommen, und zwar insbesondere derart, dass der zweite Stellkolben 8 vollständig vom ersten Stellkolben 7 umgeben ist und der zweite Stellkolben 8 in dem Inneren des ersten Stellkolbens 7 in Axialrichtung beweglich ist .
Der erste 7 und zweite 8 Stellkolben sind als Ventil, insbesondere Nadelventil, ausgestaltet, wobei das Ventil geöffnet ist, wenn sich der zweite Stellkolben 8 in der Fluidzuführstellung befindet, und das Ventil geschlossen ist, wenn sich der zweite Stellkolben 8 in der Schließstellung befindet .
Die Austrittsöffnung 19 des Kanals 6 ist derart angeordnet, dass zumindest in der Betriebsstellung des ersten Stellkolbens 7 Fluid in die Mischkammer 4 auf einer Seite der Mischkammer 4 eingebracht werden kann, die in der Austrittsrichtung A des Gemisches aus der Mischkammer 4 heraus betrachtet am nachgelagerten Ende der Mischkammer 4, in Strömungsrichtung betrachtet also am Anfang der Mischkammer angeordnet ist. Die Strömungs- und Austrittsrichtung A des Gemisches ist die Axialrichtung A, die in den Figuren nach links zeigt. Somit tritt Fluid in die Mischkammer 4 aus dem Kanal 6 an der Seite der Mischkammer 4 ein, die die Mischkammer 4 auf der rechten Seite der in den Figuren gezeigten Ausführungsform begrenzt.
Der Kanal 6 verläuft entlang dem zweiten Stellkolben 8, insbesondere der Kolbenstange 8b in die Axialrichtung A, wobei sich der Kanal 6 zwischen dem zweiten Stellkolben 8 und dem ersten Stellkolben 7 befindet. Mit anderen Worten wird der Kanal 6 von dem ersten Stellkolben 7 und dem zweiten Stellkolben 8 ausgebildet bzw. begrenzt.
In Fig. 3a ist eine Zuleitung 18 bezeichnet, über die Fluid in den Kanal 6 von außerhalb der Mischvorrichtung 1 eingeführt wird. Die Zuleitung 18 bzw. ein Teil 18b davon erstreckt sich zumindest abschnittsweise durch den ersten Stellkolben 7 hindurch. Insbesondere kann die Zuleitung 18 bzw. ein Teil 18a davon nutförmig in dem Hauptkörper 2 ausgebildet sein. Dabei ist die Nut 18a in Axialrichtung so bemessen, dass sie immer mit dem Teil der Zuleitung 18b, der sich durch den ersten Stellkolben 7 hindurch erstreckt, in Kommunikation ist, sodass das Zuführen von Fluid über die Zuleitung 18a, 18b in den Kanal 6 sowohl in der zurückgezogenen Position des ersten Stellkolbens 7 (wie in Fig. 2 und 3 gezeigt) als auch in der vorgeschobenen Position des ersten Stellkolbens 7 (wie in den Fig. 1 gezeigt) möglich ist. Die Länge dieser Nut 18 in Axialrichtung beträgt also mindestens die Länge, um die der erste Stellkolben 7 in Axialrichtung von der vorgeschobenen (d.h. Ruhestellung) zu der zurückgezogenen (d.h.
Betriebsposition) verschiebbar ist.
Die Zuleitung 18 ist eine gemeinsame Zuleitung zum Einführen von Fluid in den Kanal 6 und zum Verschieben des zweiten Stellkolbens 8 in die Fluidzuführstellung entlang der Axialrichtung A. Mit Bezug auf Fig. 2a und 3a wird deutlich, dass sich durch Einführen von Fluid in den Anschluss 16 das Fluid über die Zuleitung 18 in den Kanal 6 erstreckt und durch die Druckerhöhung in dem Kanal 6 der zweite Stellkolben 8 zunächst so weit nach rechts ausweicht, bis sich der zweite Stellkolben 8 in der zurückgezogenen Position, d.h. der Fluidzuführstellung, befindet. Das weitere durch den Anschluss 16 eingeführte Fluid kann dann über den Kanal 6 und die geöffnete Austrittsöffnung 19 in die Mischkammer 4 strömen.
Erfindungsgemäß ist auch eine Sprühmischvorrichtung zum Mischen und Versprühen des Gemisches vorgesehen, wobei an der Mischvorrichtung 1, die in den Figuren gezeigt ist, eine Sprüheinrichtung, insbesondere ein Sprühkopf (nicht gezeigt) , zum Versprühen des Gemisches an der Aufnahme 10 angebracht wird. Des Weiteren kann eine Steuereinheit (nicht gezeigt) zum Steuern der Bewegung des ersten und zweiten Stellkolbens, sowie zur Selektion zwischen (in der Regel) flüssigem oder gasförmigem Fluid zum Mischen und Beladen der Komponenten des Kunststoffs bzw. zur Reinigung des Sprühmischkopfs in dieser Sprühmischvorrichtung vorgesehen sein.
Bei Verwendung der Mischvorrichtung 1 kann ein Schritt durchgeführt werden, bei dem der erste Stellkolben 7 von der Betriebsstellung in die Ruhestellung verschoben wird und dabei der zweite Stellkolben 8 in der Fluidzuführstellung bleibt. Dies ermöglicht bspw. den direkten Übergang von Vermischen und Versprühen von Kunststoff zum Reinigen der Vorrichtung 1 durch das Fluid. Hiermit lassen sich insbesondere auch Sprühunterbrechungen während eines Sprühprogrammes realisieren, bspw. bei der Fahrt eines Roboters über eine nicht zu besprühende Fläche.
Beim Umschalten zwischen dem Vermischen der Komponenten des Kunststoffs in der Mischkammer (wenn der erste Stellkolben 7 in der Betriebsstellung ist) und dem Reinigen der Mischkammer (wenn der erste Stellkolben 7 in der Ruhestellung ist) wird der erste Stellkolben 7 bewegt, während Fluid ununterbrochen während des Umschaltens durch den Kanal 6 strömen kann.
Die Mischvorrichtung kann derart betrieben bzw. verwendet werden, dass der erste Stellkolben 7 verschoben wird und dabei der zweite Stellkolben 8 derart durch die Bewegung des ersten Stellkolbens 7 verschoben wird, dass die Relativanordnung zwischen dem ersten und zweiten Stellkolben unverändert bleibt. Das heißt, die Bewegung des ersten Stellkolbens 7 ist ursächlich für die (automatisch gleichzeitig erfolgende) Bewegung des zweiten Stellkolbens 8.

Claims

Patentansprüche
1. Mischvorrichtung (1) zum Mischen von zumindest zwei reaktiven Komponenten eines Kunststoffs und Ausgeben eines Gemisches davon, wobei die Mischvorrichtung aufweist:
einen Hauptkörper (2) mit einer Bohrung (3), die sich in Axialrichtung (A) erstreckt,
eine Mischkammer (4) zum Mischen der Komponenten für den Kunststoff und zum Ausgeben des Gemisches, insbesondere an eine Sprüheinrichtung zum Versprühen des Gemisches,
zumindest einen Kanal (6) zum zumindest zeitweisen
Einführen von Fluid, insbesondere Druckluft und/oder
Reinigungsfluid, in die Mischkammer (4),
wobei der Kanal (6) eine Austrittsöffnung (19) aufweist, über die der Kanal (6) zumindest zeitweise mit der Mischkammer (4) verbunden ist,
einen ersten Stellkolben (7), der in der Bohrung (3) des Hauptkörpers (2) in Axialrichtung (A) derart verschiebbar angeordnet ist, dass durch die Verschiebung des ersten
Stellkolbens (7) zwischen
einer Betriebsstellung, in der die Komponenten des Kunststoffs in die Mischkammer (4) eingeführt werden können, und
einer Ruhestellung umgeschaltet werden kann,
gekennzeichnet durch
einen zweiten Stellkolben (8), der relativ zum ersten Stellkolben (7) derart unabhängig verschiebbar angeordnet ist, dass durch die Verschiebung des zweiten Stellkolbens (8) zwischen
einer Fluidzuführstellung, in der die
Austrittsöffnung (19) zumindest teilweise geöffnet ist, und einer Schließstellung, in der der zweite Stellkolben (8) die Austrittsöffnung (19) verschließt,
unabhängig von der Stellung des ersten Stellkolbens (7) umgeschaltet werden kann.
2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste und zweite Stellkolben (7, 8) derart unabhängig voneinander verschiebbar angeordnet sind, dass sowohl in der Betriebs- als auch der Ruhestellung des ersten Stellkolbens (7) der zweite Stellkolben (8) in sowohl der Fluidzuführstellung als auch der Schließstellung sein kann.
3. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der erste Stellkolben (7) eine Bohrung (9) in Axialrichtung (A) aufweist und der zweite Stellkolben (8) in der Bohrung (9) des ersten Stellkolbens (7) in Axialrichtung (A) verschiebbar angeordnet ist, wobei vorzugsweise der zweite Stellkolben (8) koaxial zum ersten Stellkolben (7) angeordnet ist.
4. Mischvorrichtung nach Anspruch 3, bei der
der erste und zweite Stellkolben (7, 8) ein Ventil, insbesondere Nadelventil, zum Umschalten zwischen der
Fluidzuführstellung und der Schließstellung bilden und/oder die Austrittsöffnung (19) des Kanals (6) an dem ersten
Stellkolben (7) angeordnet ist.
5. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die derart ausgebildet ist, dass zumindest in der
Betriebsstellung des ersten Stellkolbens Fluid in die
Mischkammer auf einer Seite der Mischkammer eingeführt werden kann, die in der Austrittsrichtung des Gemisches aus der
Mischkammer (4) betrachtet am nachgelagerten Ende der
Mischkammer (4) angeordnet ist.
6. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Kanal (6) zumindest abschnittsweise entlang dem zweiten Stellkolben (8) verläuft.
7. Mischvorrichtung nach Anspruch 6 und einem der
vorhergehenden Ansprüche 3 und 4, bei der der Kanal (6) zumindest abschnittsweise zwischen dem zweiten Stellkolben (8) und dem ersten Stellkolben (7) verläuft.
8. Mischvorrichtung nach Anspruch 7, die eine Zuleitung (18a, 18b) zum Einführen von Fluid in den Kanal (6) aufweist, wobei sich die Zuleitung (18a) zumindest abschnittsweise durch den ersten Stellkolben (7) hindurch erstreckt und/oder zumindest abschnittsweise als Nut (18b) im Hauptkörper (2) ausgebildet ist .
9. Mischvorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Zuleitung (18) eine gemeinsame Zuleitung zum Einführen von Fluid in den Kanal (6) und zum Verschieben des zweiten Stellkolbens (8) in die Fluidzuführstellung entlang der Axialrichtung ist.
10. Sprühmischvorrichtung zum Mischen von zumindest zwei reaktiven Komponenten eines Kunststoffs und Versprühen eines Gemisches davon mit
der Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
einer Sprüheinrichtung, zum Versprühen des Gemisches, und vorzugsweise einer Steuereinheit zum Steuern der Bewegung des ersten und zweiten Stellkolbens (7, 8) .
11. Verfahren zum Mischen zumindest zweier reaktiver
Komponenten eines Kunststoffs und Ausgeben eines Gemisches davon, vorzugsweise unter Einsatz der Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, der Sprühmischvorrichtung nach Anspruch 10 oder der Vorrichtung nach Anspruch 17, mit den folgenden Schritten:
Zuführen zumindest zweier reaktiver Komponenten zur
Herstellung des Kunststoffs über eine jeweilige Zuführung in eine Mischkammer (4), wobei sich ein erster Stellkolben (7) in einer Betriebsstellung befindet;
Einführen eines erwärmten Fluids, insbesondere erwärmter Druckluft, in die Mischkammer (4) über einen Kanal (6) und eine Austrittsöffnung (19), über die der Kanal mit der
Mischkammer (4) verbunden ist und Mischen der zumindest zwei Komponenten in der Mischkammer bei Zuführen des Fluids, vorzugsweise über eine variable
Zuführung des Fluids .
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem sich ein zweiter
Stellkolben (8) in einer Fluidzuführstellung befindet, in der die Austrittsöffnung (19) zumindest teilweise geöffnet ist, wenn das erwärmte Fluid zugeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem der zweite Stellkolben in eine Schließstellung gebracht wird, in der der zweite Stellkolben (8) die Austrittsöffnung (19) verschließt, wobei sich der erste Stellkolben in der Betriebsstellung befindet .
14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, bei dem der erste Stellkolben von der Betriebsstellung in eine Ruhestellung verschoben wird und dabei der zweite Stellkolben in der
Fluidzuführstellung bleibt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem beim Umschalten zwischen dem Vermischen der Komponenten des
Kunststoffs in der Mischkammer und dem Reinigen der
Mischkammer der erste Stellkolben bewegt wird und Fluid
ununterbrochen während des Umschaltens durch den Kanal (6) strömt .
16. Verwendung der Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder der Sprühmischvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der erste Stellkolben (7) verschoben wird und dabei der zweite Stellkolben (8) derart durch die Bewegung des ersten
Stellkolbens (7) verschoben wird, dass die Relativanordnung zwischen dem ersten und zweiten Stellkolben unverändert bleibt .
17. Vorrichtung zum Mischen von zumindest zwei reaktiven Komponenten eines Kunststoffs und Ausgeben eines Gemisches davon, wobei die Vorrichtung aufweist:
einen Hauptkörper (2) mit einer Bohrung (3), die sich in Axialrichtung (A) erstreckt,
eine Mischkammer (4) zum Mischen der Komponenten für den Kunststoff und zum Ausgeben des Gemisches, insbesondere an eine Sprüheinrichtung zum Versprühen des Gemisches,
zumindest einen Kanal (6) zum zumindest zeitweisen
Einführen von Fluid, insbesondere Druckluft und/oder
Reinigungsfluid, in die Mischkammer (4),
wobei der Kanal (6) eine Austrittsöffnung (19) aufweist, über die der Kanal (6) zumindest zeitweise mit der Mischkammer (4) verbunden ist,
einen ersten Stellkolben (7), der in der Bohrung (3) des Hauptkörpers (2) in Axialrichtung (A) derart verschiebbar angeordnet ist, dass durch die Verschiebung des ersten
Stellkolbens (7) zwischen
einer Betriebsstellung, in der die Komponenten des Kunststoffs in die Mischkammer (4) eingeführt werden können, und
einer Ruhestellung umgeschaltet werden kann,
gekennzeichnet durch
eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Fluids.
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