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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermischen von Reaktivkomponenten in einem eine Mischkammer aufweisenden Mischkopf, wobei dem Mischkopf eingangsseitig für jede Reaktivkomponente eine Vorlaufleitung zugeordnet ist, die den Mischkopf mit einem Vorratsreservoir für die jeweilige Reaktivkomponente verbindet, wobei dem Mischkopf ausgangsseitig für jede Reaktivkomponente eine Rücklaufleitung zugeordnet ist, die den Mischkopf mit dem Vorratsreservoir für die jeweilige Reaktivkomponente verbindet, wobei die Reaktivkomponenten zunächst in flüssiger Form im Kreislauf über den Mischkopf gefahren werden, indem jede Reaktivkomponente vom Vorratsreservoir über die Vorlaufleitung in den Mischkopf geleitet wird, von der Vorlaufleitung in eine Rezirkulationsnut geleitet wird, die in einem im Mischkopf translatorisch in eine Verschieberichtung verschieblich angeordneten Steuerschieber eingearbeitet ist, und von der Rezirkulationsnut über die Rücklaufleitung in das Vorratsreservoir zurückgeführt wird, wobei die Reaktivkomponenten anschließend über Düsen in die Mischkammer injiziert werden, wobei die Mischkammer anschließend mittels des Steuerschiebers mechanisch gereinigt wird, indem der Steuerschieber mit seinem einen axialen Ende in die Mischkammer eingeschoben wird, wobei der Steuerschieber beim translatorischen Verschieben von der Führung der Reaktivkomponenten im Kreislauf bis zur Endlage beim mechanischen Reinigen durch drei unterschiedliche Zonen geführt wird, nämlich
- – durch eine erste Zone, in der die Vorlaufleitungen über die Düsen hydraulisch mit der Mischkammer verbunden sind, während die Rücklaufleitungen hydraulisch gegenüber den Vorlaufleitungen und der Mischkammer abgesperrt sind,
- – eine zweite Zone, in der die Vorlaufleitungen sowohl gegenüber der Mischkammer als auch gegenüber den Rücklaufleitungen hydraulisch abgesperrt sind, und
- – eine dritte Zone, in der die Vorlaufleitungen über die Rezirkulationsnuten hydraulisch mit den Rücklaufleitungen verbunden sind, während die Mischkammer gegenüber den Vorlaufleitungen und den Rücklaufleitungen hydraulisch abgesperrt ist.
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Mit einem solchen Verfahren können mindestens zwei reaktive Kunststoffkomponenten vermischt und ausgebracht werden. Bei diesen Komponenten kann es sich um ein Polyurethan-Rohstoffsystem, aber auch beispielsweise um ein Polyamid-Rohstoffsystem handeln. Ferner kann es sich sowohl um schäumende als auch um kompakte Systeme handeln.
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Dabei kommt das Verfahren bevorzugt bei nutengesteuerten Mischköpfen mit relativ langen Mischkammern zur Anwendung, insbesondere wenn das Verhältnis aus Mischkammerlänge zu Mischkammerdurchmesser mindestens drei beträgt.
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Bei nutengesteuerten Mischköpfen erfolgt das Umschalten vom sogenannten Rezirkulationsbetrieb in den sogenannten Schussbetrieb mit Hilfe eines Steuerschiebers, in den entsprechende Rezirkulationsnuten eingearbeitet sind, welche im Rezirkualtionsbetrieb die jeweilige Vorlaufleitung in den Mischkopf mit der jeweiligen Rücklaufleitung aus dem Mischkopf hydraulisch verbinden. Im Schussbetrieb hingegen versperrt der Steuerschieber die hydraulische Verbindung zwischen Vor- und Rücklaufleitung und gibt dafür die hydraulische Verbindung in die Mischkammer frei, in der die Reaktivkomponenten miteinander vermischt und anschließend ausgetragen werden.
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Mischköpfe, die nach diesem Prinzip arbeiten, sind bekannt und werden beispielsweise im „Kunststoff-Handbuch", Band 7, Hanser Verlag, 2. Auflage (ISBN 3-446-13614-2) auf Seite 154 beschrieben.
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Problematisch ist bei derartigen Mischköpfen, dass in der Rezirkulationsphase ein relativ langer Bereich der Rezirkulationsnuten nicht mit dem Medium (also mit dem Material der zu vermischenden Komponenten) durchströmt wird. Gleichzeitig wird dieser Bereich während des schnellen Umschaltens des Steuerschiebers von der Schussposition in die Rezirkulationsposition mit dem Reaktionsgemisch gefüllt, das sich nach Schussende noch an der Mischkammerwand und in der sogenannten Pförtnerbohrung der Düsen befindet (d. h. im Schussbetrieb zwischen Düse und Mischkammer und im Rezirkulationsbetrieb zwischen Düse und Steuerschieber bzw. zwischen Düse und Rezirkulationsnut).
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In der Zeit bis zum nächsten Schuss kann das Reaktionsgemisch, das sich in diesem nicht durchströmten Bereich der Rezirkulationsnut befindet, aushärten. Der sich dabei bildende Pfropfen kann dann beim nächsten Umschalten dazu führen, dass sich die Zeit der positiven Überdeckung (d. h. in der Zeit, in der die Vorlaufleitung weder mit der Rücklaufleitung noch mit der Mischkammer hydraulisch verbunden ist) deutlich verlängert, wodurch es nachteilig zu starken Druckspitzen und folglich auch zu starker Schlauchatmung (d. h. zu einer Ausdehnung des Schlauchvolumens als Folge der Druckspitze) beim Umschalten kommen kann.
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Daraus können verschiedene nachteilige Effekte resultieren:
Es kann zu einem Abschalten der Maschine aufgrund eines Überschreitens des Maximaldrucks kommen.
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Es kann auch zu einer deutlichen Verschiebung des Mischungsverhältnisses der Reaktivkomponenten zu Schussbeginn aufgrund starker Schlauchatmung kommen.
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Schließlich können größere Schwankungen der Schussgewichte resultieren.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so fortzubilden, das die genannten Nachteile vermieden werden. Demgemäß soll der Druck möglichst frei von Druckspitzen gehalten werden. Weiterhin soll ein möglichst konstantes Mischungsverhältnis zwischen den einzelnen Reaktivkomponenten aufrecht erhalten werden. Die Schussgewichte sollen ferner möglichst konstant gehalten werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, dass der Steuerschieber nach Schussende zunächst mit einer ersten mittleren Geschwindigkeit aus der ersten Zone über die zweite Zone in die dritte Zone bewegt wird, wobei der Steuerschieber nach Erreichen der dritten Zone entweder vorübergehend angehalten wird oder mit einer zweiten mittleren Geschwindigkeit, die gegenüber der ersten mittleren Geschwindigkeit reduziert ist, weiterbewegt wird, bevor er seine axiale Endlage erreicht.
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Die zweite mittlere Geschwindigkeit beträgt dabei bevorzugt höchstens 50% der ersten mittleren Geschwindigkeit.
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Die erste mittlere Geschwindigkeit beträgt weiterhin vorzugsweise mindestens 0,1 m/s. Die erste mittlere Geschwindigkeit von mindestens 0,1 m/s wird in diesem Falle bevorzugt beim Durchfahren der zweiten Zone aufrechterhalten.
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Die zweite mittlere Geschwindigkeit beträgt bevorzugt höchstens 0,05 m/s.
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Der Steuerschieber kann auch gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in der dritten Zone während einer vorgegebenen Zeit angehalten werden, bevor er seine axiale Endlage erreicht; die vorgegebene Zeit beträgt dabei bevorzugt mindestens 5 Sekunden.
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Dabei wird bevorzugt eine zylindrische Mischkammer verwendet. Die Mischkammerlänge beträgt dabei vorzugsweise mindestens das Dreifache des Mischkammerdurchmessers.
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Als Mischkopf wird bevorzugt ein Hochdruckmischkopf verwendet.
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Demgemäß schlägt die Erfindung eine Vorgehensweise vor, bei der die obengenannten nachteiligen Effekte vermieden werden können. Der Steuerschieber (Steuerstößel) wird bei Schussende nicht mit gleichbleibender hoher Geschwindigkeit von der einen Endposition in die andere Endposition gefahren. Nach schnellem Durchfahren der Zone der positiven Überdeckung, in welcher die Vorlaufleitung weder mit der Rücklaufleitung noch mit der Mischkammer verbunden ist, wird anschließend die Fahrgeschwindigkeit des Steuerschiebers (gegebenenfalls bis zum Stillstand) reduziert, bevor der Steuerschieber seine endgültige Endlage für den Rezirkulationsbetrieb erreicht.
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Der Steuerschieber soll sich also nach Schussende zunächst mit hoher Geschwindigkeit aus der ersten Zone über die zweite Zone in die dritte Zone bewegen, in welcher er entweder vorübergehend angehalten wird oder sich mit deutlich reduzierter Geschwindigkeit weiterbewegt, bevor er seine vordere Endlage erreicht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist die mittlere Geschwindigkeit beim Durchqueren der zweiten Zone mindestens fünfmal so hoch wie die mittlere Geschwindigkeit beim Durchqueren der dritten Zone.
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Mischköpfe mit langen Mischkammern werden beispielsweise in Anwendungen eingesetzt, bei denen eine Form mit kompaktem Reaktivkunststoff gefüllt werden muss. Hierbei ist es notwendig, auch nach Schussende einen ausreichend hohen Druck in der Form zu gewährleisten, um zu vermeiden, dass als Folge von thermischem oder chemischem Schwund oder als Folge von Austrieb aus der Form Fehlstellen im Bauteil entstehen. In diesem Fall ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, durch entsprechende Anpassung auf den Anwendungsfall gezielt den Druck in der Form nach Schussende durch das Nachschieben von Material mit Hilfe des Steuerstößels zu steuern.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 im Radialschnitt einen Mischkopf mit einer Mischkammer, in dem zwei Reaktivkomponenten miteinander vermischt und ausgebracht werden, wobei ein Steuerschieber in einer oberen Endposition angeordnet ist,
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2 im Radialschnitt den unteren Teil des Mischkopfs nach 1, wobei der Steuerschieber in einer unteren Endposition (Reinigungsposition) angeordnet ist,
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3 im Radialschnitt den Mischkopf, wobei der Steuerschieber in der oberen Endposition zu Beginn einer ersten Zone Z1 angeordnet ist,
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4 den Mischkopf in der Darstellung nach 3, wobei der Steuerschieber am Ende der ersten Zone Z1 angeordnet ist,
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5 den Mischkopf in der Darstellung nach 3, wobei der Steuerschieber in einer zweiten Zone Z2 angeordnet ist,
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6 den Mischkopf in der Darstellung nach 3, wobei der Steuerschieber zu Beginn einer dritten Zone Z3 angeordnet ist,
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7 den Mischkopf in der Darstellung nach 3, wobei der Steuerschieber am Ende der dritten Zone Z3 angeordnet ist, und
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8 den Verlauf zweier Geschwindigkeitsprofile über dem Verschiebeweg des Steuerschiebers vom Anfang der ersten Zone Z1 bis zum Ende der dritten Zone Z3.
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In 1 ist ein Mischkopf 2 mit einer Mischkammer 1 in vereinfachter Form dargestellt, im wesentlichen bestehend aus einem Mischkopfgehäuse 14, einem Steuerschieber 11 mit eingearbeiteten Rezirkulationsnuten 9 und 10 sowie mit einer Dichtnut 15, Düsen 12 und 13 sowie einem Deckel 16 zum Verschließen der in das Mischkopfgehäuse 14 integrierten Hydraulikkammer 17.
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In der skizzierten Schnittdarstellung sowie der schematisch angedeuteten Anbindung des Mischkopfes 2 an die Versorgung mit zwei Reaktivkomponenten A und B sind jeweilige Vorlaufleitungen 3 und 4 und Rücklaufleitung 7 und 8 an die jeweiligen Vorratsreservoirs 5 und 6 zu erkennen.
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Die Dosierung der Reaktivkomponenten erfolgt über Dosierpumpen 20 und 21.
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In der dargestellten Ansicht gemäß 1 befindet sich der Mischkopf 2 in Schäumposition, in der der Steuerschieber 11 in seiner hinteren (oberen) Endlage positioniert ist. Die Düsen 12 und 13 sind in diesem Fall als einfache Blenden dargestellt. Bei den Düsen 12, 13 kann es sich natürlich auch um Zapfendüsen handeln, bei denen ein verstellbarer Zapfen im Zusammenspiel mit der Lochblende einen Ringspalt ausbildet.
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Wie in 1 noch zu sehen ist, beträgt die Mischkammerlänge L ein Vielfaches des Mischkammerdurchmessers D.
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2 zeigt in vergrößerter Darstellung den unteren Teil des Mischkopfes 2 in Rezirkulationsposition. In dieser Darstellung lässt sich gut erkennen, wie die Vorlaufleitungen 3 und 4 über die Düsen 12 und 13, die Pförtnerbohrungen 18 und 19 und die in den Steuerschieber 11 eingearbeiteten Rezirkulationsnuten 9 und 10 hydraulisch mit der jeweiligen Rücklaufleitung 7 und 8 verbunden sind.
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In den 3 bis 7 sind die verschiedenen Arbeitszonen mit den zugehörigen Positionen des Steuerschiebers 11 dargestellt.
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3 zeigt den Mischkopf 2 in Schäumposition. Der Steuerschieber 11 ist in seiner hinteren (oberen) Endlage positioniert und gibt dabei die Verbindung der Vorlaufleitungen 3, 4 über die Düsen 12, 13 in die Mischkammer 1 frei. Gleichzeitig versperrt der Steuerschieber 11 die Verbindung der Vorlaufleitungen 3, 4 in die Rücklaufleitungen 7, 8. In der dargestellten Position befindet sich der Steuerschieber 1 in einer ersten Zone Z1.
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Nach Schussende bewegt sich der Steuerschieber 11 aus seiner hinteren Endlage (dargestellt in 1 und 3) in Richtung seiner vorderen (unteren) Endlage (dargestellt in 2 und in 7).
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In 4 befindet sich der Steuerschieber 11 ebenfalls noch in der ersten Zone Z1, jedoch beginnt in dieser Stellung der Übergangsbereich der ersten Zone Z1 in eine zweite Zone Z2. Bei weiterer Bewegung nach unten wird die Pförtnerbohrung 18, 19 teilweise verschlossen.
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In 5 erreicht der Steuerschieber 11 die zweite Zone Z2. Sowohl die hydraulische Verbindung von den Vorlaufleitungen 3, 4 in die Mischkammer 1 als auch von den Vorlaufleitungen 3, 4 in die Rücklaufleitungen 7, 8 ist jetzt vollständig durch den Steuerschieber 11 verschlossen.
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Die zweite Zone Z2 erstreckt sich bis zu der in 6 dargestellten Position des Steuerschiebers 11, in der eine dritte Zone Z3 beginnt.
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Bei weiterer Bewegung erreicht der Steuerschieber 11 dann also den Übergangsbereich zwischen der zweiten Zone Z2 und der dritten Zone Z3, in der die Vorlaufleitungen 3, 4 über die Düsen 12, 13 und die zumindest teilweise geöffnete Pförtnerbohrungen 18, 19 zu den Rezirkulationsnuten 9, 10 (Steuernuten) und damit zu den Rücklaufleitungen 7, 8 hydraulisch verbunden sind.
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In 6 erreicht der Steuerschieber 11 dann endgültig die dritte Zone Z3. Jetzt ist die hydraulische Verbindung der Vorlaufleitungen 3, 4 zu den Rücklaufleitungen 7, 8 über die Düsen 12, 13 und über die Rezirkulationsnuten 9, 10 vollständig freigeschaltet.
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In 7 erreicht der Steuerschieber 11 schließlich seine untere Endlage, die in aller Regel der standardmäßigen Rezirkulationsposition entspricht. Auch hier ist die hydraulische Verbindung der Vorlaufleitungen 3, 4 zu den Rücklaufleitungen 7, 8 über die Düsen 12, 13 und über die Rezirkulationsnuten 9, 10 vollständig freigeschaltet.
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Wesentlich ist dabei, dass der Steuerschieber 11 den Bereich zwischen der in 4 und 6 dargestellten Position (zweite Zone Z2) mit möglichst hoher Geschwindigkeit durchquert bzw. durchfährt, während die Geschwindigkeit beim Durchfahren bzw. Durchqueren des Bereichs zwischen der in 6 und der in 7 dargestellten Position (dritte Zone Z3) dann deutlich reduziert wird, wobei der Steuerschieber evtl. sogar für einen definierten Zeitraum angehalten wird, bevor er seine vordere Endlage (gemäß 7) erreicht.
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Dies ist für zwei mögliche Geschwindigkeitsverläufe noch einmal in 8 illustriert. Hier ist für die translatorische Bewegung des Steuerschiebers 11 in Verschieberichtung T die Erstreckung der drei Zonen Z1, Z2 und Z3 eingetragen, wobei oberhalb des Mischkopfs 2 der Verlauf der Geschwindigkeit v über der Wegkoordinate s in Verschieberichtung T anhand zweier Beispiele skizziert ist.
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In der oberen Kurve v = v(s) ist zu sehen, dass die ersten beiden Zonen Z1 und Z2 (nach einer Beschleunigungsphase zu Beginn der ersten Zone Z1) mit weitgehend konstanter und relativ hoher Geschwindigkeit durchfahren werden. Nach Erreichen der dritten Zone Z3 wird die Geschwindigkeit v dann wesentlich herabgesetzt, um dann am Ende der Bewegung (dargestellt für den Steuerschieber 11 im Mischkopf 1 gemäß 8) zu Null zu werden.
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Bei der darunter dargestellten Kurve ist vorgesehen, dass in den Zonen Z1 und Z2 dieselben Verhältnisse vorliegen wie in der oberen Kurve, dass dann aber die Geschwindigkeit über eine gewisse Erstreckung der dritten Zone Z3 nahe Null liegt, d. h. hier verweilt der Steuerschieber 11 für eine gewisse Zeit fast in Ruhe, bevor er sich wieder mit erhöhter Geschwindigkeit in die Endposition (in 8 am rechten Ende des Mischkopfs 2) bewegt.
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Folglich gilt für alle Fälle, dass der Steuerschieber 11 nach Schussende zunächst mit einer ersten mittleren (d. h. über die Zone gemittelte) Geschwindigkeit v1 aus der ersten Zone Z1 über die zweite Zone Z2 in die dritte Zone Z3 bewegt wird. Nach Erreichen der dritten Zone Z3 wird der Steuerschieber 11 entweder vorübergehend angehalten (s. untere Kurve in 8) oder er wird mit einer zweiten mittleren (d. h. über die Zone gemittelte) Geschwindigkeit v2 durch die dritte Zone Z3 weiterbewegt, die gegenüber der ersten mittleren Geschwindigkeit v1 allerdings wesentlich reduziert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mischkammer
- 2
- Mischkopf
- 3
- Vorlaufleitung Komponente A
- 4
- Vorlaufleitung Komponente B
- 5
- Vorratsreservoir Komponente A
- 6
- Vorratsreservoir Komponente B
- 7
- Rücklaufleitung Komponente A
- 8
- Rücklaufleitung Komponente B
- 9
- Rezirkulationsnut
- 10
- Rezirkulationsnut
- 11
- Steuerschieber
- 12
- Düse
- 13
- Düse
- 14
- Mischkopfgehäuse
- 15
- Dichtnut
- 16
- Deckel
- 17
- Hydraulikkammer
- 18
- Pförtnerbohrung Komponente A
- 19
- Pförtnerbohrung Komponente B
- 20
- Dosierpumpe Komponente A
- 21
- Dosierpumpe Komponente B
- A
- Reaktivkomponente
- B
- Reaktivkomponente
- Z1
- erste Zone
- Z2
- zweite Zone
- Z3
- dritte Zone
- v1
- erste mittlere Geschwindigkeit
- v2
- zweite mittlere Geschwindigkeit
- L
- Mischkammerlänge
- D
- Mischkammerdurchmesser
- T
- Verschieberichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Kunststoff-Handbuch”, Band 7, Hanser Verlag, 2. Auflage (ISBN 3-446-13614-2) auf Seite 154 [0005]
