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Vorrichtung zum Erzeugen eines Reaktions-
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gemisches aus mindestens zwei Kunststoffkomponenten Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine solche, auch als Mischkopf bezeichnete Vorrichtung ist aus der
deutschen Patentschrift 20 07 935 bekannt.
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Die Vorrichtung arbeitet nach dem Hochdruckprinzip. Wird das Steuerorgan
bei Benutzung der Vorrichtung aus seiner Ruhestellung in die Mischstellung gezogen,
dann erfolgt durch sogenannte Gegenstrominjektion eine Vermischunc, das heißt, die
zwei oder mehr flüssigen Kunststof£kol onenten werden durch Düsen unter relativ
hohem Druck qegeneinander in die Mischkammer injiziert, um sich in dieser zu vermischen
und zu einem Kunststoff, beispielsweise Polyurethan, miteinander zu reagieren. Dieses
Gemisch fließt dann laminar durch die Austrittsöffnung aus der Mischkammer heraus.
Zur Verhinderung der Reaktion von am Ende einer Benutzung der Vorrichtung in der
Mischkammer verbliebenen Restmaterialien werden diese mit Hilfe des als Kolben ausgebildeten
Steuerorgans bei dessen Bewegung aus der Mischstellung in die Ruhestellt ausgestoßen.
Bei dieser Bewegung wird zugleich die Verbindung zwischen den Eintrittsöffnungen
für die Kunststoffkomponenten und der Mischkammer unterbrochen, so daß keine weitere
Vermischung stattfinden kann.
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Bei der bekannten Vorrichtung werden die Kunststoffkomponenten in
der Ruhestellung des Steuerorgans getrennt in Zirkulation gehalten. Zu diesem Zweck
ist jeder Eintrittsöffnung eine Zirkulationsauslaßöffnung zugeordnet
und
in Längsrichtung der Mischkammer, zu deren Austrittsöffnung entgegengesetzt, versetzt
angeordnet. Das Steuerorgan besitzt den Eintritts- und Zirkulationsauslaßöffnungen
entsprechende Aussparungen, die in der Ruhestellung des Steuerorgans mit der Mischkammerwand
einen jeweiligen Zirkulationskanal bilden. Die Kunststoffkomponenten können so in
der Ruhestellung des Steuerorgans aus den Eintrittsöffnungen in den jeweiligen Kanal
austreten und diesen über die zugehörige Zirkulationsauslaßöffnunq wieder verlassen.
In der Mischstellung des Steuerorgans öffnen sich die Eintrittsöffnungen in die
Mischkammer, während die Verbindung der Eintrittsöffnungen zu den zugehörigen Zirkulationsauslaßöffnungen
durch den vorderen Endabschnitt des Steuerorgans unterbrochen ist. In den Umfangsbereichen
des Steuerorgans zwischen den Zirkulationskanälen sind parallel zu den Kanälen verlaufende
Rillen eingearbeitet, die sich beim Betrieb der Vorrichtung mit Reaktionsgemisch
zusetzen und eine Dichtung bewirken sollen, die in Ruhestellung des Steuerorgans
einen Fluß der Kunststoffkomponenten in Umfangsrichtung und die dabei auftretende
Vermischung der Komponenten verhindern soll.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift 26 16 010 ist eine der vorbeschriebenen
ähnliche Vorrichtung bekannt, bei der jedoch die einem Fluß der Kunststoffkomponenten
in Umfangsrichtung des Steuerorgans entgegenwirkende Dichtung dadurch erreicht werden
soll, daß anstelle der Dichtrillen im Steuerorgan axial verlaufende Ausnehmungen
in der Mischkammerwand vorgesehen und endseitig mit Ringnuten verbunden sind. Hierdurch
soll gewährleistet werden, daß auch tatsächlich Reaktionsgemisch aus der Mischkammer
in den Bereich zwischen Mischkammerwand und Steuerorgan strömen kann, um die beabsichtigte
Dichtwirkung herbeizuführen.
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Vorrichtungen der beschriebenen Art werden häufig zum Erzeugen von
Reaktionsgemischen eingesetzt, die oinc starke Klebewirkung aufweisen. Bei der Bewegung
des Steuerorgans aus der Mischstellung in die Ruhestellung wird zwar der größte
Teil des Restgemisches aus der Mischkammer ausgestoßen, jedoch bleibt zwischen der
Umfangsfläche des Steuerorgans oder Kolbens und der Mischkammerwand ein dünner Film
des Restmaterials zurück, der zu einer Verklebung zwischen Steuerorgan und Mischkammer
wand führt; Wenn dann die Vorrichtung nach einer Pause erneut in Betrieb genommen
werden soll, bedarf es verhältnismäßig großer Kräfte, um diese Klebeverbindung zu
lösen. Diese erforderlichen Kräfte sind umso größer, je größer der Durchmesser von
Steuerorgan und Dtischkalnmer ist. Bei den beschriebenen bekannten Vorrichtungen
ist diese Gefahr besonders groß, weil hier in die Umfangsbereiche des Steuerorgans
außerhalb der Zirkulationskanäle beträchtliche engen des Reaktionsgemisches aus
der Mischkammer eingeleitet werden.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift 22 65 070 ist das Problem des
erwähnten Verklebens an sich bekannt. Bei diesem Stand der Technik ist zur Lösung
des Problems vorgesehen, die Bewegungskräfte des Steuerorgans zu erhöhen, und dieses
bei seiner Hin- und Herbewegung durch eine mit Lösungsmittel gefüllte Kammer zu
führen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs
angegebenen Art zu schaffen, bei der auch bei einem stark klebenden Reaktionsgemisch
keine nennenswerte Verklebung zwischen Steuerorgan und Mischkammerwand auftritt
und das Steuerorgan mit verhältnismäßig geringer Kraft, vorzugsweise pneumatisc
oder mechanisch,bewegt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Anspruch
1 gelöst.
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Beim Stand der Technik gemäß der DE-PS 20 07 935 ist das Steuerorgan
allein aus Gründen einer Zirkulationsströmung der Kunststoffkomponente in der Ruhestellung
des Steuerorgans mit Aussparungen versehen. Diese sind mit Dichtrillen kombiniert,
welche die Gefahr des Verklebens des Steuerorgans mit der Mischkammerwand eher fördern
denn behindern. Die erfindungsgemäße Lösung geht davon aus, daß unabhängig von Zirkulationsströmen
die direkte Berührungsfläche zwischen dem Steuerorgan und der Mischkammerwand auf
ein Mindestmaß verringert wird, so daß eine Verklebung auch nur auf einer entsprechend
geringen Fläche auftreten und durch verhältnismäßig niedrige Kräfte gelöst werden
kann. Damit das Steuerorgan die Funktion des Ausstoßens des Restgemisches aus der
Mischkammer weiter erfüllen kann, muß es einen vorderen Endabschnitt aufweisen,
der wie ein Kolben längs dem gesamten Umfang dicht an der Mischkammerwand anliegt
und/oder, etwa in Form eines O-Rings, ein Dichtelement trägt, um eine Umfangsdichtung
zu bewirken. Diese Umfangsdichtung verhindert, im Gegensatz zu dem beschriebenen
Stand der Technik, zugleich, daß mehr Reaktionsgemisch als vermeidbar in die Aussparungen
des Steuerorgans gelangt.
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Die vorzugsweise zylindrische Mischkammer kann auch prismatisch sein.
In beiden Fällen ist es vorteilhaft, wenn das Steuerorgan in seinem Mittelabschnitt,
das heißt im Bereich der Aussparungen, im Querschnitt im wesentlichen ein Vieleck,
vorzugsweise ein regelmäßiges Vieleck,ist. "Im wesentlichen" heißt dabei, daß es
sich bei den Ecken des Vielecks nicht um scharfe Ecken handein muß, sondern daß
diese, insbesondere im Fall einer zylindrischen Mischkammer, eine an die Mischkammerwand
angepaßte
Rundung aufweisen.
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Versuche haben erwiesen, daß mit den Maßnahmen gemäß der Erfindung
tatsächlich die Verklebung auf ein unwesentliches Maß reduziert werden kann, so
daß ein relativ kleiner pneumatischer Antrieb oder eine mechanische, auch manuell
zu betätigende Vorrichtung für das Steuerorgan ausreicht und mit dem Mischkopf zu
einer leicht handhabbaren und transportablen Einheit zusammengesetzt werden kann.
Bei Einsatz der bisher wegen der erforderlichen hohen Kräfte oft benötigten hydraulischen
Antriebe ergaben sich schlecht zu handhabende, meistens nur stationär einzusetzende
Vorrichtungen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Untcransprüchen
gekennzeichnet und werden später noch näher beschrieben.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Mischkopf im Längsschnitt mit in Ruhestellung
befindlichem Steuerorgan, Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Schnittansicht, wobei
jedoch das Steuerorgan in Mischstellung zurückgezogen ist, und Fig. 3 einen vergrößerten
Ausschnitt einer Querschnittsansicht des Dlischkopfes in der Ebene der Eintrittsöffnungen,
wobei sich das Steuerorgan zwischen der Ruhestellung und der Mischstellung befindet.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Längsschnitt des Mischkopfes gemäß der
Erfindung. In einem Gehäuse 1 befindet sich eine Bohrung 2, deren größter Teil eine
zylindrische Mischkammer 2a darstellt. Senkrecht zur Bohrung 2 besitzt das kreuzartig
geformte Gehäuse 1 zwei einander gegenüberliegende Bohrungen 3 und 4, die über düsenartig
verengte Eintrittsöffnungen 5, 6 in die Mischkammer 2a münden. Die äußeren Enden
der Bohrungen 3 und 4 sind zum Anschluß von Zuführungsleitungen für die Kunststoffkomponenten
mit einem Innengewinde 7, 8 versehen. Die Bohrung 2 ist an ihrem in den Fig. 1 und
2 rechts liegenden Ende offen und bildet hier eine Austrittsöffnung 2b der Mischkammer.
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Längs der Bohrung 2 ist in dem Gehäuse 1 ein als Kolben 9 ausgebildetes
Steuerorgan zwischen der in Fig. 1 gezeigten Ruhestellung und der in Fig. 2 gezeigten
Mischstellung hin- und herbeweglich. Auf der der Austrittsöffnung 2b der Mischkammer
2a abgewandten Seite ist der Kolben 9 mit einer Verlängerung 10 verbunden, die in
den Figuren, gleichermaßen wie das Gehäuse an dieser Stelle, abgebrochen dargestellt
und mit einem nicht gezeigten, vorzugsweise pneumatischen Antrieb fur den Kdlben
9 verbunden ist. Der Kolben 9 besitzt einen vorderen Endabschnitt 9a, einen hinteren
Endabschnitt 9b sowie zwischen beiden einen Mittelabschnitt 9c. Der Mittelabschnitt
9c erstreckt sich über den größten Teil der axialen Länge der Mischkammer 2a. Im
Bereich des vorderen Endabschnitts 9a und des hinteren Abschnitts 9b liegt der Kolben
9 mit Ausnahme einer jeweiligen in diesen Abschnitten ausgebildeten Ringnut 11 bzw.
12 am ganzen Umfang eng an der Innenwand der Bohrung 2 bzw.
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der Mischkammer 2a an. In den Ringnuten 11 und 12 ist jeweils ein
Dichtring 13a bzw. 13b angeordnet. Im Mittelbereich 9c besitzt der Kolben 9 axial
verlaufende Ab-
flachungen oder Aussparungen 14, so daß er in diesem
Bereich nur längs trennenden Stegen 15, die sich zwischen benachbarten Aussparungen
befinden (siehe auch Fiq. 3), mit der Innenwand der Bohrung in Berührung stellt.
Die Anzahl und/oder die Form der Aussparungen 14 ist so gewählt, daß die Berührungsfläche
zwischen dem Kolben und der Innenwand der Bohrung 2 eine ausreichende Führung des
Kolbens in der Bohrung gewährleistet.
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Zur Benutzung des Mischkopfes wird sein Steuerorgan, das heißt der
Kolben 9, in die in Fig. 2 gezeigte Mischstc-.llung gezogen. Dies kann aus später
noch näher erläuterten Gründen unter relativ geringem Kraftaufwand mit Hilfe des
schon erwähnten pneumatischen Antriebs erfolgen. Den Bohrungen 3 und 4 werden über
die nicht gezeigten Anschlußleitungen die miteinander zu vermischenden Kunststoffkomponenten
unter Druck zugeführt und bei der Stellung des Kolbens gemäß Fig. 2 durch die Eintrittsöffnungen
5 und 6 in die Mischkammer 2a gesprüht. Dort vermischen sich diese Materialien,
um dann aus der Austrittsöffnung 2b der Mischkammer auszuströmen. Soll dieser Vorgang
beendet werden, dann wird der Kolben 9 aus der in Fig. 2 gezeigten Mischstellung
in die in Fig.
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1 gezeigte Ruhestellung gebracht. Hierbei stößt der Endabschnitt
9a des Kolbens 9 das restliche Reaktionsgemisch aus der Mischkammer 2a hinaus. In
der in Fig. 1 gezeigten Ruhestellung werden die Eintrittsöffnungen 5 und 6 durch
die Umfangsfläche des Abschnitts 9b des Kolbens verschlossen, so daß aus ihnen kein
Material mehr austreten kann. Auf dem Weg des Kolbens 9 von der in Fig. 2 gezeigten
Stellung zu der in Fig. 1 gezeigten Stellung kommen, nachdem der Endabschnitt 9a
des Kolbens an den Eintrittsöffnungen 5, 6 vorbeiqelaufen ist, zunächst die Aussparungen
14 bzw. die von :ihncgebildeten Hohlräume in den Bereich der Ei.ntrittsiffntln-
gen
5 und 6. Es ist klar, daß bei der Wahl der Anzahl und Form der Aussparungen 14 zu
berücksichtigen ist, daß in dieser Stellung des Kolbens 9 zwei unterschiedliche
durch Stege 15 voneinander getrennte Hohlräume mit den beiden Eintrittsöffnungen
5 und 6 in Verbindung kommen, damit es nicht über diese Hohlräume zu einer fortgesetzten
Vermischung der Kunststoffkomponenten kommt. Während der Bewegung des Kolbens in
die Ruhestellung verbleibt trotz des engen Anliegens des Endabschnitts Da an der
Innenwand der Mischkammer 2a und der zusätzlichen Dichtwirkung des Dichtrings 12
ein dünner Film des Reaktionsgemisches an der Innenwand der Mischkammer. Dieser
Film kann im wesentlichen nur im Bereich des Endabschnitts 9a und der Stege 15 bei
starker Klebewirkung des Reaktionsgemisches zu einem Verkleben zwischen dem Kolben
9 und der Mischkammerwand führen. Zwei der im Bereich der Aussparungen 14 zwischen
dem Kolben 9 und der Innenwand der Bohrung 2 gebildeten Hohlräume sind mit einer
unvermischten Kunststoffkomponente gefüllt, so daß hier auch nach längerer Zeit
keine Ansammlung von verklebendem Reaktionsgemisch zu befürchten ist. Die von weiteren
Aussparungen 14 gebildeten Hohlräume können bei Bedarf vor oder nach dem Einbau
des Kolbens in das Gehäuse mit einem Mittel gefüllt werden, das eine Trennwirkung
besitzt und damit einem Verkleben entgegenwirkt. Auf diese Weise kann die Umfangsfläche
des Kolbens 9, in deren Bereich eine Verklebung mit der Mischkammerwand auftreten
könnte, soweit verringert werden, daß eine mögliche Verklebung mit verhälnismäßig
geringer Kraft gelöst werden kann. Fig. 3 zeigt im Querschnitt den Mittelabschnitt
9c des Kolbens 9 in der Mischkammer 2a. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Kolben
9 mit vier Aussparungen 14 versehen und besitzt im Querschnitt eine im wesentlichen
quadratische Fläche. Durch die Aussparungen 14 werden vier Hohlräume gebildet, von
denen je einer den Eintrittsöffnungen 5
und 6 zugewandt ist. Für
den Fall, daß die beiden übrigen Hohlräume nach dem Einbau mit irgendeinem Trennmittel
gefüllt werden sollen, müssen natürlich entsprechende (nicht gezeigte) Füllkanäle
im Gehäuse vorgesehen werden. Es ist zweckmäßig, wenn auf irgendeine Weise sichergestellt
wird, daß sich der Kolben 9 nicht gegenüber der Mischkammer 2a um seine Längsachse
drehen kann, um der Gefahr vorzubeugen, daß ein zunächst mit einer der Eintrittsöffnungen
5 bzw. 6 in Verbindung stehender Hohlraum nach einer Drehung des Kolbens um 1800
mit der anderen Einlaßöffnung in Verbindung kommt.
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Die Erfindung wurde voranstehend anhand eines Mischkopf es beschrieben,
bei dem kein Zirkulationsfluß der Kunststoffkomponenten vorgesehen ist. Die Erfindung
läßt sich aber auch bei einem Mischkopf mit Zirkulationsfluß einsetzen, wobei dann
zwei der zur Verminderung der Verklebungsfläche vorgesehenen Hohlräume gleichzeitig
als Zirkulationskanal eingesetzt werden könnten.