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WO2012000797A1 - Sprühdüse zur zudosierung von stoffen in ein reaktivgemisch - Google Patents

Sprühdüse zur zudosierung von stoffen in ein reaktivgemisch Download PDF

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WO2012000797A1
WO2012000797A1 PCT/EP2011/060006 EP2011060006W WO2012000797A1 WO 2012000797 A1 WO2012000797 A1 WO 2012000797A1 EP 2011060006 W EP2011060006 W EP 2011060006W WO 2012000797 A1 WO2012000797 A1 WO 2012000797A1
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mixing chamber
spray nozzle
inlet
air
air supply
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PCT/EP2011/060006
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Ernst Scheidt
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KraussMaffei Technologies GmbH
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    • B29K2105/165—Hollow fillers, e.g. microballoons or expanded particles

Definitions

  • the present invention relates to a spray nozzle according to the preamble of claim 1.
  • Further mixing can be achieved by also introducing the additional substance or substances into a mixing chamber into which the individual reactive components are separately metered and mixed with one another.
  • the additional substance or substances such as those that are very sensitive and can not be mixed as a so-called batch component in the reactive mixture, in particular in the mixing chamber of a mixing head.
  • the isocyanate and polyol components - or the other components of a multicomponent system - are sprayed under high pressure into a mixing head and mixed with one another. This pressure - and the resulting development of force - can lead to the destruction of the particle structure and thus to the loss of the later desired property in the case of sensitive substances. This is also true for the glass micro-bubbles already mentioned above, as well as expanded graphite or other sensitive materials.
  • the object of the present invention is to provide a spray nozzle, with which even sensitive materials can be introduced into a reactive mixture, wherein the entire mixture should then be verdüsbar.
  • the reactive mixture is first prepared in a (conventional) mixing head and fed to the - preferably separate or provided at the end of the mixing head - spray nozzle via a connection.
  • the port has an inlet connected to another mixing chamber.
  • this mixing chamber is introduced via a separate supply of zuzudosierende, sensitive material and mixed together homogeneously in the mixing chamber under less high pressure.
  • air is subsequently introduced via an air supply and air supply openings into the mixing chamber, with which the previously prepared mixture of the reactive mixture and the substance to be metered is sprayed.
  • the air supply openings are preferably viewed circumferentially distributed around the mixing chamber at the flow end of the mixing chamber.
  • the air supply has an annular space in the housing of the spray nozzle, which is connected to the plurality of circumferentially arranged around the end of the mixing chamber air supply openings, so that a uniform introduction of the air over the circumference is possible.
  • the air ducts and / or the air supply openings are formed such that a swirl can be generated, whereby a fanned out in a defined manner beam can be generated.
  • the air supply is not absolutely necessary. If the mixture is simply introduced into a tool mold, the air supply can also be dispensed with.
  • a Venturi nozzle is formed at the outlet end of the (material) inlet, which is connected to the same or a further air inlet.
  • an air collecting space for example annular space
  • air flows at high speed for example, through the annular gap between the nozzle housing and a lance forming the (material) inlet into the mixing chamber.
  • the gap size may for example be between 0.1 and 0.5 mm.
  • the substance to be metered can be mixed gently into the reactive mixture within the mixing chamber, the injection nozzle in its mouth region in terms of flow on an orientation, which preferably extends at an acute angle to the flow direction of the mixing chamber. In this way, the material flows are mixed with each other without much pressure and force on the particles.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of an inventive
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of the spray nozzle of FIG. 1.
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of an inventive
  • Fig. 4 is an enlarged detail sectional view of the marked in Fig. 3 with circle area.
  • the first embodiment of the spray nozzle 10 for the metering of sensitive substances in a reactive mixture comprises a housing 12 in which an upper opening with a port 14 is provided which can be connected to a mixing head, not shown.
  • the connection 14 has an inlet channel 16, which opens into a mixing chamber 30 of the housing 12.
  • this mixing chamber 30 open two channels 20 of two material supply devices 18, via which the substances to be metered into the mixing chamber 30 can be supplied by means of appropriate lines and feeders. It should be noted that this mixing chamber 30 is different from the mixing chamber of a mixing head, in the latter, the reactive components are mixed together. In this respect, the mixing chamber 30 of the spray nozzle is already supplied to a reactive mixture.
  • the channels 20 open present at the upper end of the mixing chamber 30 at an acute angle in this, so that the sensitive substances can be metered without much pressure and force in the reactive material mixture within the mixing chamber 30. It is also helpful that the mixing chamber has a larger diameter than the inlet channel 16.
  • each air supply opening 26 is in fluid communication with the annulus 24 via air supply channels.
  • the formal design of the air supply openings 26 and the orientation of the air supply channels to the air supply openings 26, a swirling action of the total mixture can be generated, which leads to a fanned out in the desired spray.
  • the core component of the presently described spray nozzle is an insert 32 which can be inserted into the housing 12 and, in particular, can be screwed in, with which the mixing chamber 30, the air supply as well as the air injection can be realized.
  • the resulting total mixture of the reactive mixture and the substance to be metered is sprayed out via a discharge opening 28 and applied to the surface of a body to be coated.
  • FIGS. 3 and 4 show a second embodiment of a spray nozzle 10 'according to the invention.
  • This spray nozzle 10 ' is true to a few details with that spray nozzle 10 of FIGS. 1 and 2, which is also expressed by the fact that with the matching in Figs. 1 and 2 reference numerals of Figs. 3 and 4 are the same or designate similar construction elements.
  • a Venturi nozzle 38 which is in fluid communication with the annular space 36, is formed by a corresponding tapering of the lance (see FIG.
  • air introduced via the inlet 34 flows at high speed through the annular gap 36 between the nozzle housing 12 and the lance forming the reactive mixture inlet into the mixing chamber 30.
  • Suction at the ends of the solids inflow nozzles (inflow passage 20) generates the Venturi effect and sucked in the filler. This causes a uniform promotion of the substance to be mixed into the reactive material mixture.
  • the gap shown in the figures can be, for example, between 0.1 and 0.5 mm.
  • discharge opening 28 is different from that at the spray nozzle 10.
  • a pressure-sensitive substance can also be mixed into a reactive mixture and sprayed with it.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sprühdüse zur Zudosierung von Stoffen in ein Reaktivgemisch umfassend ein Gehäuse (12), einen Anschluss (14) am Gehäuse (12) mit einem Einlass (16) für das Reaktivgemisch, wobei der Anschluss (14) mit einem Mischkopf verbindbar ist und der Einlass zu einer Mischkammer (30 führt, eine Materialaustrittsöffnung (28) am strömungsmäßigen Ende der Mischkammer (30). Zur Zudosierung von druckempfindlichen Stoffen wird vorgeschlagen, zumindest eine Zufuhr (18) für den zuzudosierenden Stoff vorzusehen, der einen Kanal (20) aufweist, welcher über zumindest eine Einlassöffnung mit der Mischkammer (30) verbunden ist, und zumindest eine Luftzufuhr (22) vorzusehen, die strömungsmäßig nach der Einlassöffnung über zumindest eine Luftzufuhröffnung (26) in die Mischkammer (30) mündet.

Description

Beschreibung Titel
Sprühdüse zur Zudosierung von Stoffen in ein Reaktivgemisch
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sprühdüse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Allgemein ist es bekannt, zu Reaktivgemischen, bestehend beispielsweise aus einem Polyurethangemisch, also aus Isocyanat- und Polyol-Elementen oder aus einem anderen Mehrkomponentensystem, weitere Stoffe, wie Füllstoffe, Verstärkungsstoffe, Additive etc. (nachfolgend als zusätzlicher Stoff bezeichnet) beizumischen.
Dazu kann man die Feststoffe außerhalb eines Mischkopfes in einen Sprühstrahl einmischen. Diesbezüglich wird beispielhaft auf die EP 1 458 494 B1 hingewiesen. Zur Verarbeitung von Füllstoffen mit einer extrem niedrigen Dichte (z.B. von sogenannten Mikro-Glasbubbels mit nur wenigen μιτι Durchmesser und einer Dichte von 0,2) ist dieses Verfahren jedoch ungeeignet, da solche Stoffe zum größten Teil beim Austritt aus dem Zudosierbaustein von der Umgebungsluft Verblasen und nur teilweise von der Flüssigkeit aufgenommen werden.
Eine weitere Einmischung kann dadurch erreicht werden, dass in eine Mischkammer, in die die einzelnen reaktiven Komponenten separat eindosiert und miteinander vermischt werden, auch der zusätzliche Stoff oder die zusätzlichen Stoffe eingegeben wird. Allerdings gibt es einige Materialien, beispielsweise solche, die sehr empfindlich sind und sich nicht als sogenannte Batchkomponente in das Reaktivgemisch, insbesondere in die Mischkammer eines Mischkopfes, einmischen lassen. In einen Misch köpf werden nämlich oftmals die Isocyanat- und Polyolkomponenten - oder die anderen Komponenten eines Mehrkomponentensystems - unter hohem Druck verdüst und miteinander vermischt. Dieser Druck - und die dabei entstehende Kraftentfaltung - kann bei empfindlichen Stoffen zur Zerstörung der Partikelstruktur und damit zum Verlust der später gewünschten Eigenschaft führen. Dies trifft auch auf die oben bereits erwähnten Micro-Bubbles aus Glas zu, ebenso wie auf Blähgraphit oder andere empfindliche Materialien.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sprühdüse anzugeben, mit der auch empfindliche Materialien in ein Reaktivgemisch eingebracht werden können, wobei die gesamte Mischung anschließend verdüsbar sein soll.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Demgemäß wird in einem (üblichen) Mischkopf zunächst das Reaktivgemisch hergestellt und dieses der - vorzugsweise separaten oder am Ende des Mischkopfes vorgesehenen - Sprühdüse über einen Anschluss zugeführt. Der Anschluss weist einen Einlass auf, der mit einer weiteren Mischkammer verbunden ist. In diese Mischkammer wird über eine separate Zufuhr der zuzudosierende, empfindliche Stoff eingebracht und in der Mischkammer unter weniger hohem Druck miteinander homogen vermischt.
Weiter wird nachfolgend Luft über eine Luftzufuhr und Luftzufuhröffnungen in die Mischkammer eingeführt, mit der das vorher hergestellte Gemisch aus dem Reaktivgemisch und dem zuzudosierenden Stoff verdüst wird. Dazu sind die Luftzufuhröffnungen vorzugsweise am strömungsmäßigen Ende der Mischkammer umfangsmäßig um die Mischkammer verteilt angesehen. Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform weist die Luftzufuhr einen Ringraum im Gehäuse der Sprühdüse auf, die mit der Vielzahl von umfangsmäßig um das Ende der Mischkammer angeordneten Luftzufuhröffnungen verbunden ist, so dass eine gleichmäßige Einbringung der Luft über den Umfang hinweg möglich ist. Weiter ist es von Vorteil, wenn die Luftführungskanäle und/oder die Luftzufuhröffnungen derart ausgebildet sind, dass ein Drall erzeugbar ist, wodurch ein in definierter Weise aufgefächerter Strahl erzeugt werden kann. Die Luftzufuhr ist aber nicht unbedingt notwendig. Sollte das Gemisch einfach in eine Werkzeugform eingebracht werden, kann auf die Luftzufuhr auch verzichtet werden.
Zudem kann zusätzlich der Ventu -Effekt ausgenutzt werden. Dazu wird ist am auslassseitigen Ende des (Material-) Einlasses eine Venturidüse ausgebildet, die mit dem gleichen oder einem weiteren Lufteinlass verbunden ist. Zwischen Venturidüse und Lufteinlass kann im Bereich des (Material-) Einlasses, insbesondere diesen ringförmig umgebend, ein Luftsammeiraum (z.B. Ringraum) angeordnet werden, über den die zusätzlich zugeführte Luft in die Venturidüse verteilt wird. Mit dieser vorzugsweisen Ausbildung strömt Luft mit hoher Geschwindigkeit beispielsweise über den Ringspalt zwischen Düsengehäuse und eine den (Material-) Einlass bildende Lanze in die Mischkammer. Dabei wird ein Sog an den Einströmdüsen des Feststoffes durch den Ventuh-Effekt erzeugt und der Füllstoff gleichsam angesaugt. Dies bewirkt eine gleichmäßige Förderung des in das reaktive Materialgemisch einzumischenden Stoffes. Das Spaltmaß kann beispielsweise zwischen 0,1 und 0,5 mm liegen.
Damit der zuzudosierende Stoff schonend in das Reaktivgemisch innerhalb der Mischkammer eingemischt werden kann, weist die Einspritzdüse in ihrem Mündungsbereich strömungsmäßig eine Ausrichtung auf, die vorzugsweise in einem spitzen Winkel zu der Strömungsrichtung der Mischkammer verläuft. Auf diese Weise werden die Materialströmungen ohne große Druck- und Krafteinwirkung auf die Teilchen miteinander vermischt.
Insgesamt kann mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden, dass auch empfindliche Füllstoffe (z.B. bruchempfindliche Füllstoffe) bereits innerhalb der Düse in das reaktive Materialgemisch eingebracht werden können, um eine Freiwerden nach Außen möglichst zu vermeiden und die einzubringenden Stoffe möglichst vollständig in das reaktive Materialgemisch einzubinden. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines einzigen Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen
Sprühdüse gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht der Sprühdüse aus Fig. 1
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen
Sprühdüse gemäß einer zweiten Ausführungsform und
Fig. 4 eine vergrößerte Detailschnittdarstellung des in Fig. 3 mit Kreis gekennzeichneten Bereiches.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsform der Sprühdüse 10 für die Zudosierung von empfindlichen Stoffen in ein Reaktivgemisch umfasst ein Gehäuse 12, in welchem mit einer oberen Öffnung ein Anschluss 14 vorgesehen ist, der mit einem nicht dargestellten Mischkopf verbunden werden kann. Der Anschluss 14 weist einen Einlasskanal 16 auf, der in eine Mischkammer 30 des Gehäuses 12 mündet.
In diese Mischkammer 30 münden auch zwei Kanäle 20 von zwei Materialzufuhrvorrichtungen 18, über die mittels entsprechender Leitungen und Zufuhrvorrichtungen die zuzudosierenden Stoffe der Mischkammer 30 zugeführt werden können. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass diese Mischkammer 30 von der Mischkammer eines Mischkopfes verschieden ist, wobei in letzterer die Reaktivkomponenten miteinander vermischt werden. Insofern wird der Mischkammer 30 der Sprühdüse bereits ein Reaktivgemisch zugeführt.
Als zuzudosierende Stoffe sind beispielsweise empfindliche Teilchen, wie Micro- Bubbles aus Glas oder Blähgraphit vorgesehen. Die Kanäle 20 münden vorliegend am oberen Ende der Misch kammer 30 in einem spitzen Winkel in diese, so dass die empfindlichen Stoffe ohne große Druck- und Kraftbeaufschlagung in das Reaktivmaterialgemisch innerhalb der Mischkammer 30 eindosiert werden können. Dazu ist auch hilfreich, dass die Mischkammer einen größeren Durchmesser als der Einlasskanal 16 aufweist.
Über zwei Luftzufuhreinlässe 22 (vgl. Fig. 2), die mit einem Ringraum 24 innerhalb des Gehäuses 12 in Verbindung stehen, wird Luft über eine Vielzahl von umfangsmäßig um ein strömungsmäßiges Ende der Mischkammer 30 angeordnete Luftzufuhröffnungen 26 in die Mischkammer eingedüst, wobei jede Luftzufuhröffnung 26 mit dem Ringraum 24 über Luftzufuhrkanäle in Strömungsverbindung steht. Durch die förmliche Ausgestaltung der Luftzufuhröffnungen 26 sowie die Ausrichtung der Luftzufuhrkanäle zu den Luftzufuhröffnungen 26 kann eine Drallwirkung des Gesamtgemisches erzeugt werden, der zu einem in gewünschter Weise aufgefächerten Sprühstrahl führt.
Der Kernbestandteil der vorliegend beschriebenen Sprühdüse ist dabei ein in das Gehäuse 12 einsetzbarer, insbesondere einschraubbarer Einsatz 32, mit dem die Mischkammer 30, die Luftzufuhr wie auch die Lufteindüsung realisiert werden kann.
Das so hergestellte Gesamtgemisch aus dem Reaktivgemisch und dem zuzudosierenden Stoff wird über eine Austragsoffnung 28 ausgesprüht und auf die Oberfläche eines zu beschichtenden Körpers aufgetragen.
In den Fig. 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sprühdüse 10' dargestellt. Diese Sprühdüse 10' stimmt bis auf wenige Details mit derjenigen Sprühdüse 10 aus den Fig. 1 und 2 überein, was auch dadurch zum Ausdruck gebracht wird, dass die mit den in den Fig. 1 und 2 übereinstimmenden Bezugszeichen der Fig. 3 und 4 gleiche oder ähnliche Konstruktionselemente bezeichnen. Die Konstruktion der Sprühdüse 10' unterscheidet sich insbesondere dadurch von derjenigen der Sprühdüse 10, dass eine weitere Luftzufuhr 34 im Gehäuse 12 angeordnet ist, die in einem Ringraum 36 endet, welcher um den in Form einer Lanze ausgebildeten Einlass 16 angeordnet ist. Am Ende dieses Einlasses für 16 das reaktive Materialgemisch ist durch eine entsprechende Verjüngung der Lanze (vgl. Fig. 4) eine Venturidüse 38 ausgebildet, die mit dem Ringraum 36 in Strömungsverbindung steht.
Bei dieser Ausbildung strömt über den Einlass 34 eingebrachte Luft mit hoher Geschwindigkeit über den Ringspalt 36 zwischen Düsengehäuse 12 und die den Einlass für das Reaktivgemisch bildende Lanze in die Mischkammer 30. Dabei wird ein Sog an den Enden der Einströmdüsen des Feststoffes (Einströmkanal 20) durch den Venturi-Effekt erzeugt und der Füllstoff angesaugt. Dies bewirkt eine gleichmäßige Förderung des in das reaktive Materialgemisch einzumischenden Stoffes. Das in den Figuren dargestellte Spaltmaß kann beispielsweise zwischen 0,1 und 0,5 mm liegen.
Überdies ist bei der Sprühdüse 10' das auslassseitige Ende (Austragsöffnung 28) unterschiedlich zu derjenigen bei der Sprühdüse 10 ausgebildet.
Mit der vorliegenden Sprühdüse lässt sich auch ein druckempfindlicher Stoff in ein Reaktivgemisch einmischen und mit diesem verdüsen.
Bezugszeichenliste
Sprühdüse
Gehäuse
Mischkopfanschluss
Einströmkanal für reaktives Gemisch (in Lanze ausgebildet)
Feststoff-Einströmdüse
Einströmkanal
Luft-Einströmdüse
Ringkanal
Eintrittsöffnungen für Sprühluft
Austragssöffnung
Misch kam mer
Einsatz
Zusätzlicher Luftanschluss
Ringraum um Einströmkanal bzw. Lanze
Ventun-Düse

Claims

Ansprüche
1 . Sprühdüse zur Zudosierung von Stoffen in ein Reaktivgemisch umfassend
- ein Gehäuse (12),
- einen Anschluss (14) am Gehäuse (12) mit einem Einlass (16) für das Reaktivgemisch, wobei der Anschluss (14) einerseits mit einem Mischkopf verbindbar ist und andererseits zu einer Mischkammer (30) führt,
- eine Materialaustrittsöffnung (28) am strömungsmäßigen Ende der Mischkammer (30),
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine Zufuhreinrichtung (18) für einen zuzudosierenden Stoff in dem Gehäuse (12) vorgesehen ist, der einen Kanal (20) aufweist, welcher über zumindest eine Einlassöffnung mit der Mischkammer (30) verbunden ist, und zumindest eine Luftzufuhr (22) vorgesehen ist, die strömungsmäßig nach der Ein- lassöffnung über zumindest eine Luftzufuhröffnung (26) in die Mischkammer (30) mündet.
2. Sprühdüse nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass an dem vorderen Ende des Einlasses (16) eine Venturidüse (38) vorgesehen ist, die mit dem Lufteinlass oder einem weiteren Lufteinlass verbunden ist.
3. Sprühdüse nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen Venturidüse (38) und Lufteinlass ein um den Einlass (16) angeordneter Sammelraum, insbesondere Ringraum (36), vorgesehen ist.
4. Sprühdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest zwei Zufuhreinrichtungen (18) für einen zuzudosierenden Stoff vorgesehen sind.
5. Sprühdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzufuhr (22) einen Ringraum (24) umfasst, der mit einem Luftführungskanal mit der Mischkammer verbunden ist.
6. Sprühdose nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Vielzahl von umfangsmäßig um das Ende der Mischkammer angeordnete Luftzufuhroffnungen vorgesehen sind, die mit dem Ringraum verbunden sind.
7. Sprühdüse nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Luftführungskanäle und/oder die Luftzufuhroffnungen derart ausgebildet sind, dass am Ausgang der Mischkammer ein Drall erzeugbar ist.
8. Sprühdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Mündungsbereich der Einspritzdüsen deren Achse zur Strömungsrichtung in der Mischkammer einen Winkel, insbesondere einen spitzen Winkel, aufweist.
PCT/EP2011/060006 2010-06-29 2011-06-16 Sprühdüse zur zudosierung von stoffen in ein reaktivgemisch Ceased WO2012000797A1 (de)

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