DE3340889C2

DE3340889C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermischen wenigstens zweier fließfähiger Reaktions-Komponenten

Info

Publication number: DE3340889C2
Application number: DE3340889A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. 3559 Allendorf Günther
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-11-11
Filing date: 1983-11-11
Publication date: 1989-06-08
Also published as: DE3340889A1

Abstract

Zum Vermischen wenigstens zweier fließfähiger Reaktions-Komponenten (A, B), insbesondere für die taktweise Herstellung von Formlingen, z. B. aus Polyurethan sieht die Erfindung während der Reaktion des Materialstroms dessen zwei- oder mehrstufige Vermischung in einem Mischkopf (10) vor. Seine Mischkammer (14) hat zumindest drei Teilabschnitte (14a, b, c), die insbesondere durch Überströmkanäle (48, 50) verbunden sind. Diese haben unterschiedliche Längen und/oder Querschnitte, um zumindest einen Material-Teilstrom gegenüber dem bzw. den anderen zu verzögern. Hierfür können wahlweise oder zusätzlich auch Auskehlungen, Taschen (36, 40) o. dgl. vor, in und/oder hinter einem Schieber (34) vorhanden sein, der ein Dreh- oder Längsschieber mit vorzugsweise zwei starr gekoppelten Schieberhälften ist. Die Eintrittsdüsen (16, 18) am Anfangs-Abschnitt (14a) der Mischkammer sind voneinander nur durch eine dünne Scheidewand (30) getrennt. Durch Verstellen des Schiebers aus der Misch- in die Rezirkulationsstellung erfolgt die mechanische Reinigung des Mischkopfes (10) durch formangepaßte Gehäuseteile sowie einen Reinigungsstößel (60).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung

gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 2.

Ein Verfahren dieser Art ist aus der DE-OS 22 52 201 und eine derartige Vorrichtung aus der DE-OS 26 12 812 bekannt.

Für die Verarbeitung von Polyurethan und ähnlichen Kunststoffen sind besondere Mischköpfe entwickelt werden, die den Zweck haben, eine hier notwendige, besonders innige Vermischung der Ausgangskomponenten des Kunststoffes zu bewirken. Eine optimale Durchmischung der Komponenten über den gesamten Mischvorgang, also für die ganze bei einem Spritztakt hergestellte Materialcharge, ist eine wichtige Forderung der Praxis. Beginn und Ende des Mischvorganges sind aber bei jeder diskontinuierlichen Vermischung problematisch.

Die in der DE-OS 22 52 201 offenbarte Vorrichtung zum Herstellen von Formteilen aus schnell miteinander reagierenden Komponenten benutzt einen Doppelschieber und umfaßt eine (Nach-)Mischeinrichtung aus Verzweigungen und Zusammenführungen, zwischen denen Schikanen vorhanden sein können. Die völlig symmetrisch angeordneten Verzweigungen und Zusammenführungen, die teilweise unterschiedliche Querschnitte haben, sind in allen Ausführungsbeispielen so gestaltet, daß die verschiedenen Wege und Querschnitte vor und hinter der^gedachten) Symmetrie-Ebene gleich sind. Mithin können nur insgesamt gleiche Beschleunigungen und Verzögerungen auftreten. Daher vollzieht sich das Vereinigen der Materialströme regelmäßig gleichzeitig, wodurch keine optimale Mischwirkung erzielt wird.

Um eine Reinigung der Mischkammer zu ermöglichen, ist es bei herkömmlichen Konstruktionen erforderlich, einen besonderen Stößel vorzusehen. Beispielsweise in der Vorrichtung gemäß DE-OS 26 12 812 ist der Abstand der Düsen für den Materialeintritt in die Mischkammer deshalb mindestens so groß wie der Durchmesser des Reinigungsstößeis, so daß das Kammervolumen eine entsprechende Mindestgröße haben muß. Nachteilig ist es ferner, daß die Umschaltung der Düsen von Rezirkulation bzw. Reinigen auf Mischen und umgekehrt im Abstand zu der Mischkopf-Wandung erfolgt. Namentlich bei von Eins verschiedenen Mischungsverhältnissen oder bei unterschiedlichen Viskositäten der Komponenten ist infolgedessen ein Vor- und/oder Nachlaufen der einen Komponente im Verhältnis zu der bzw. den anderen fast zwangsläufig gegeben. Die Qualität der mit solchen Vorrichtungen hergestellten Artikel ist mangelhaft; es können sogar unbrauchbare Gegenstände erzeugt werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, das Vermischen des Reaktionsmaterials so zu verbessern, daß während der verhältnismäßig kurzen Verweilzeit im Mischkopf eine gleichmäßige Vermischung der Materialkomponenten erzielt wird, um möglichst homogene Massen bzw. Artikel herstellen zu können.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Verfahrensmaßnahmen gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in den Patentansprüchen 2 bis 6 gekennzeichnet.

Vor allem bei schwierigen Mischaufgaben wird eine überaus vorteilhafte Mischwirkung erzielt, wenn wenigstens ein Teilstrom des — bevorzugt wiederholt — aufgeteilten und wieder vereinigten Materialstroms vor der Wiedervereinigung verzögert wird, so daß er unter zeitlicher Versetzung auf den anderen Teilstrom bzw. die anderen Teilströme trifft.

Der Mischkopf bedient sich eines Doppelschiebers. In der Mischkammer und/oder im Doppelschieber verbinden Oberströmkanäle, die sich in bestimmter Anordnung verzweigen und unterschiedliche Länge und/oder verschiedenen Querschnitt haben, zwei oder mehr Teilabschnitte der Mischkammer. Deren Abmessungen können sehr klein sein, was für die Vermischungsqualität äußerst günstig ist Überdies stellen sich vorteilhafte Strömungs- und Druckverhältnisse ein. Die Arbeitsgänge der Vermischung und der Rezirkulation zur Reinigung lassen sich mühelos nacheinander durchführen. Lediglich durch Lageversetzung des Doppelschiebers erfolgt eine rasche, bequeme Umsteuerung, so daß nicht nur die Taktfolge gesteigert, sondern auch die Qualität der erzeugten Artikel erheblich verbessert wird. Der Doppelschieber kann zweckmäßig als Drehschieber ausgebildet sein. Vor, in und/oder hinter ihm können Auskehlungen, Taschen o. dgl. vorhanden sein, in denen sich vorübergehend Material ansammelt bzw. verlangsamt.

Die Erfindung wird nachfolgend durch Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Mischkopfes, mit Schnittführung entsprechend der Linie I-I in Fig.3,

F i g. 2 eine vergrößerte Ausschnitts-Ansicht entsprechend dem Kreis II in F i g. 1,

F i g. 3 eine Schnittansicht entsprechend der Linie ΠΙΠΙ in Fig. 1,

Fig.4 eine Schnittansicht entsprechend der Linie lV-lVinFig.3,

Fig.5 eine Schnittansicht eines Doppelschiebers in zwei verschiedenen Arbeitsstellungen, mit .Schnittführung entsprechend der Linie V-V in F i g. 6,

F i g. 6 eine Seiten-Schnittansicht der Anordnung von Fig. 5,

F i g. 7 eine kombinierte Schnittansicht entsprechend den Linien VIIa-VIIa bzw. VHb-WUb in Fig.5 und 6, ferner

F i g. 8 ein Mischstrom-Schema.

Der in Fig. 1 bis 4 dargestellte Mischkopf ist mit 10 bezeichnet. Er hat ein Gehäuse 12 und eine allgemein zylindrische Mischkammer 14, in deren Anfangsabschnitt 14a Eintrittsöffnungen bzw. -düsen angeordnet sind. In Fig. 1 ist hiervon eine Eintrittsöffnung 16 zu sehen, eine weitere (18) verdeckt. Über je eine Material-Zuführieitung 42 und ein zugehöriges Nadelventil 20, das mittels Kontermutter 54 einstellbar ist, ist eine Reaktions-Komponente des zu mischenden Materials in die Kammer 14 einführbar.

Die Mischkammer 14 nimmt am Anfangsabschnitt 14a eine Scheidewand 30 auf (F i g. 2). Von zwei entgegengesetzten Seiten des Mischkopfes 10 her, quer zur Strömungsrichtung· hat er zur Aufnahme eines Doppelschiebers 34 zwei Bohrungen. Der Doppelschieber 34 schließt mit seinen Stirnflächen an die ringförmige Scheidewand 30 des Gehäuses 12 an, die ebenso wie der Doppelschieber 34 selbst von einer Bohrung für einen Reinigungsstößel 60 durchsetzt wird. In der Mischstellung wird die Mischkammer 14 mit ihren Teilabschnitten 14a bis 14e von der Scheidewand 30 und von den Stirnflächen des Doppelschiebers 34 begrenzt.

In den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 ist der Doppelschieber 34 des Mischkopfes 10 als Drehschieber ausgebildet. ö-Ringe 24 dienen zu seiner Abdichtung im Gehäuse 12. Die über eine Welle 32 und Paßfedern 52 starr miteinander gekoppelten Schieberhälften haben jeweils eine Durchgangsöffnung bzw. Bohrung 26 mit Umlenkkanten 28,38.

Mit der dargestellten Konstruktion läßt sich der Materialstrom mehrstufig aufteilen und teilverzögert vereinen. Das Material tritt über die beiden Eintrittsdüsen 16, 18 in den Anfangs-Abschnitt 14a der Mischkammer 14 ein. Diese hat sehr kleine Abmessungen und wird durch den Doppeldrehschieber 34 bis auf Überströmkanäle 48, 50 abgeschlossen. Die Überströmkanäle 50 sind in ihrem Querschnitt vorzugsweise größer als die Über-Strömkanäle 48 gewählt, um die Strömungsgeschwindigkeiten beim Übergang zu verringern, so daß der Strahl aus dem Mischkammer-Ausgang 22 beruhigt austritt

Im Mischkopf 10 erfolgt die Materialmischung mehrstufig. Schon in der ersten Vermischungsstufe wird durch den geringen Abstand (vergl. Fig. 1) der Düsenöffnungen 16, 18 von höchstens der Hälfte des Durchmessers der Mischkammer 14 eine Vermischungsqualität erreicht, welche diejenige herkömmlicher Konstruktionen bei weitem übertrifft. Bevorz· ^t sind zwei oder mehr weitere Vermischungsstufen vorgesehen, wobei über den Stellweg bzw. über den Verdrehwinkel des Doppelschiebers die Strömungsbedingungen und die Intensität der Vermischung in Abhängigkeit vom Mengendurchsatz und von der Mischgut-Viskosität variiert werden können. Die Aufteilung des vorvermischten Materials an und hinter den eingangsseitigen Überströmkanälen 48 sowie an den ausgangsseitigen Überströmkanälen 50 ergibt eine besonders intensiv=: Vermischung.

Dies wird nachfolgend anhand der Fig.2 und 3 erläutert.

Die beiden Materialkomponenten A und B werden im Mischkammer-Abschnitt 14a über die Düsen 16,18 eingebracht Nach dem Zusammentreffen der Komponenten teilt sich der Materialstrom in vier zum Teil entgegengesetzte Richtungen auf. Es entstehen Teilströme S·, bis S*. Je zwei von diesen Teilströmen, nämlich Si +Si und Si + 54, werden in (nicht dargestellten, beispielsweise halbmondförmigen) Taschen verzögert, d. h. mit zeitlicher Versetzung zusammengeführt. Im folgenden Kan.merabschnitt 146 erfolgt die vollständige Vereinigung zum Materialstrom T. Dadurch wird die mittlere Strömungsgeschwindigkeit erheblich herabgesetzt. Der Strom Γ wird in den beiden Taschen 40 wieder in zwei Teilströme aufgeteilt, die anschließend nochmals unterteilt werden. Die nun vorhandenen Teilströme Tj+T^ einerseits und T\ + Tu andererseits werden im Kammerabschnitt 14c vereinigt und am Ausgang 22 aus dem Mischkopf 10 ausgetragen.

Ist der Doppelschieber 34 aus seiner Absperrstellung (F i g. 3) in eine Lage gedreht, in der über die Kanten 28, 38 Material fließen kann, so findet an jeder Kante 28,38 noch vine Strömungs-Umienkung um etwa 90° statt, was die zeitliche Versetzung von Teilströmen verstärkt und mithin die innigo Vermischung weiter fördert.

Der Doppeldrehschieber 34 wird nach dem Mischvorgang in die Rezirkulations-Stellung gebracht. Weil formangepaßte Gehäuseteile abschnittsweise in die Überströmkanäle 48, 50 ragen, werden diese mit der Schieberbewegung von dem eingebrachten Material gereinigt. Der Stößel 60 wird durch die Mischkammer 14 axial hindurchgestoßen und reinigt sie dabei mechanisch.
In den Fig. 5 bis 8 ist eine Konstruktion dargestellt,

π5 bei welcher der Doppelschieber 34 als Doppel-Längsschieber ausgebildet ist. Im übrigen sind gleichartige Elemente mit gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet. Die Mischvorgänge ergeben sich aus der vorstehenden

Beschreibung zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. I bis 4 sinngemäß. Wiederum sind die Misch- und die Rezirkulations-Stellung nebeneinander dargestellt. Zur Reinigung wird der Stößel 60 durch die gesamte Mischkammer 14 hindurchgestoßen, wobei der mittlere Abschnitt 14bder Kammer 14die Funktion der Bohrung 26 in der Ausführungsform gemäß F i g. 1 bis 4 übernimmt. Im Fließschema der Fig.8 sind die Materialkomponenten A und B sowie die einzelnen Teilströme dargestellt. Nach dem Zusammentreffen der Komponenten A und B werden vier Teilströme Si bis S₄ gebildet. Mindestens zwei dieser Teilströme, z. B. 53 und 54, sind durch längere Strömungswege und/oder größere Querschnitte in ihrer Strömung gegenüber den anderen Teilströmen (z . B. also Si und Sj) verlangsamt. Nach einer Vorvereinigung der Teilströme Si + S4 und Sj + S3 findet im mittleren Kammerteil (146) die vollständige Vereinigung zum Materialstrom T statt. Dieser wird in der folgenden Stufe zunächst in zwei Teilströme aufgegliedert, die anschließend ihrerseits in Einzelströme T₁ bis Ta aufgespalten werden. Im letzten Kammerabschnitt (14c) werden die vier Teilströme T₁ bis Ta zu dem Materialstrom U vereinigt, der am Ausgang (22) ausgetragen wird.

In jedem Falle wird der Anfangs-Abschnitt 14a der Mischkammer 14 von der Stirnwand des Reinigungsstößels 60, von den Flächen des Schiebers 34, von dessen Mittelteil (mit Durchgangsöffnung, z. B. 26) und im übrigen von Teilen des Mischkammer-Gehäuses 12 gebildet. Die Sammelräume werden teilweise von Flächen begrenzt, die in der Rezirkulations-Stellung auch Flächen der Mischkammer 14 sind.

Wichtig ist ferner, daß die vom Förderdruck im Materialgut herrührenden Axialkräfte auf den Doppelschieber 34 durch entsprechende Verbindungen und über das Mischkammer-Gehäuse 12 durch geeignete (nicht dargesteiite) Deckel aufgenommen werden. Das Spiei des Doppelschiebers 34 zum Gehäuse 12 in Richtung des Materialeintritts wird durch (ebenfalls nicht gezeichnete) Distanzscheiben eingestellt.

In den Rahmen der Erfindung fallen zahlreiche weitere Abwandlungen. Sind beispielsweise mehr als zwei Reaktions-Komponenten zu vermischen, so ist der »Doppelschieber« ein Mehrfachschieber 34 mit entsprechender Anzahl von Schieberteilen und Eintrittsdüsen (16, 18, usw.), die bevorzugt ebenfalls auf kleinstmöglichen Abstand zusammengerückt und nur durch je eine dünne Scheidewand (30) getrennt sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen so

eo

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Vermischen wenigstens zweier fließfähiger Reaktions-Komponenten für die Herstellung von Formungen, insbesondere aus Polyurethan, bei dem die Komponenten zusammengeführt werden und der zusammengesetzte Materialstrom während der Reaktion in zumindest zwei Mischstufen je weils in mehrere Teilströme aufgeteilt wird, die ι ο anschließend wieder vereinigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Stromaufteilung eine Beschleunigung und bei der Vereinigung der Teilströme eine Verzögerung des Materialstroms stattfindet, und daß zumindest ein Teilstrom gegenüber dem anderen Teilstrom oder weiteren Teilströmen vor der Vereinigung zeitlich verzögert wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach AnÄjjTich 1, mit einem Gehäuse 12, das eine zumindest zwei Eintrittsöffnungen (16, 18) aufweisende Mischkammer (14) enthält, die in zumindest drei untereinander verbundene Teilabschnitte (14a, 14Λ, 14c) gegliedert ist, mit einem in der Mischkammer axial verschieblichen Reinigungsstößel (60), mit einem quer zur Mischkammerachse angeordneten, einen Teilabschnitt (146) der Mischkammer (14) aufnehmenden Doppelschieber (34), dessen Durchgangsöffnung (26) zur Verschiebung des Reinigungsstößels in die Achse (K) der Mischkammer stellbar ist, und mit Räckführ-Leitungen (46) zur Rezirkulations-Verbindung mit den Eintrittsöffnungen (16,18) bei Beendigung des Mischtaktes, dadurch gekennzeichnet, das in der Mischkammer (14) und/oder im Doppelschieber (34) zwischen den Teilabschnitten (14a, 146,14c) der Mischkammer (14) Überströmkanäle (48; 50) angeordnet sind, die sich in Strömungsrichtung ausgehend von einem Teilabschnitt verzweigen und zum nachfolgenden Teilabschnitt hin wieder vereinigen, wobei die sich vereinigenden Kanäle einen größeren Querschnitt aufweisen als die sich verzweigenden, und daß die Überströmkanäle (48; 50) zwischen benachbarten Teilabschnitten der Mischkammer (14) unterschiedliche Längen und/ oder Querschnitte aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzweigungen der Überströmkanäle (48) nahe den Eintrittsöffnungen (16,18) und die Vereinigungen der Überströmkanäle (50) nahe dem Mischkammer-Ausgang (22) zumindest teilweise in entgegengesetzte Richtungen geführt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Überströmkanäle (48; 50) durch Verstellen des Doppelschiebers (34) aus der Misch- in eine Rezirkulationsstellung abschnittsweise Gegenstücke des Gehäuses (12) einführbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelschieber (34) als Drehschieber ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor, in und/oder hinter dem Doppelschieber (34) Auskehlungen, Taschen (36,40) o. dgl. vorhanden sind.