DE3427326C2

DE3427326C2 -

Info

Publication number: DE3427326C2
Application number: DE3427326A
Authority: DE
Inventors: Peter 8000 Muenchen De Taubenmann
Original assignee: Elastogran Polyurethane GmbH
Current assignee: BASF Polyurethanes GmbH
Priority date: 1983-07-27
Filing date: 1984-07-25
Publication date: 1989-08-17
Also published as: DE3427326A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Mischkopf zum Erzeugen eines vorzugsweise chemisch reaktionsfähigen Gemisches aus mindestens zwei Kunststoffkompo nenten, mit einer Mischkammer, die Eintrittsöffnungen für die einzelnen Kunststoffkomponenten und eine Austrittsöffnung für das Kunststoffkompo nentengemisch besitzt, und einem in der Mischkammer angeordneten, quer schnittsgleichen Ausstoßkolben, der mit einem durch Druckmittel betätig baren Arbeitskolben verbunden und aus einer die Eintrittsöffnungen offen lassenden Mischstellung bis in den Bereich der vorderen Austrittsöffnung, dabei die Eintrittsöffnungen gegenüber der Mischkammer absperrend, hin- und herbewegbar ist.

Bei einem bekannten Mischkopf dieser Art (DE-AS 20 07 935) öffnen und schließen wechselweise und gleichzeitig die Eintrittsöffnungen für die einzelnen Kunststoffkomponenten, ohne daß besondere Steuerungsmittel für das Öffnen und Schließen vorgesehen werden müssen, da bei der hin- und hergehenden Bewegung des Ausstoßkolbens die Eintrittsöffnungen jeweils überfahren werden. Mit dem Gemischausstoß ist ferner verbunden die Reini gung der Mischkammerwandung von Gemischresten, die durch den mit der Mischkammer querschnittsgleichen Ausstoßkolben beim Ausfahren entfernt werden.

Der Beginn des Einspritzvorganges bzw. der sogenannten Schußzeit wird mit dem Beginn der Bewegung des Ausstoßkolbens festgelegt, was aber in manchen Fällen zu Ungenauigkeiten bei der Dosierung der Menge der Kunst stoffkomponenten führt, und zwar deshalb, weil der Ausstoßkolben zu Beginn seiner Bewegung aus der einen in die andere Endstellung erst los gerissen werden muß. Insbesondere bei einem größeren zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schüssen neigt der Ausstoßkolben näm lich dazu, etwas in seiner einen Endstellung im Bereich der Austrittsöff nung der Mischkammer zu verkleben. Dies hat aber zur Folge, daß die tat sächliche Schußzeit geringer ist als die theoretische bzw. als die ge wünschte Schußzeit, so daß auch die Dosiermenge der Kunststoffkomponenten zu klein ist, was zu unbrauchbaren Schaumstoffprodukten führt.

Man hat bereits auf verschiedene Weise den Mangel der zeitlichen Verrin gerung der Schußzeit zu beheben versucht. Bei dem in der DE-AS 25 55 177 beschriebene Mischkopf ist hierfür im Bewegungsweg des Ausstoßkolbens ein Abtastelement vorgesehen, über das ein den Beginn der Schußzeit fest legendes Kontaktelement betätigbar ist. Derartige Einrichtungen befriedi gen jedoch nicht in jeder Hinsicht, da hierbei insbesondere ein Übergang von einer hydraulisch-mechanischen Steuerung in eine elektrische Steue rung erfolgt, die im allgemeinen am Mischkopf direkt unerwünscht ist.

Mit der Erfindung soll ein Mischkopf geschaffen werden, der durch eine hydraulisch-mechanische Steuerung eine genaue Dosierung der Kunststoffkom ponenten erlaubt und gleichzeitig eine gute Vermischungsintensität gewähr leistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die Maßnahmen nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.

Erfindungsgemäß wird die Dosiergenauigkeit der Kunststoffkomponenten da durch verbessert, daß die Bewegung des Ausstoßkolbens in zwei Teilhüben erfolgt. Hierzu ist in dem Druckmittelkreis des hydraulisch betätig baren Arbeitskolben ein Scheibenkolben eingeschaltet, welcher ent sprechend der Stellung des Ausstoßkolbens mit Druckmittel beaufschlagbar ist. Der Ausstoßkolben wird in einer Zwischenstellung, Schuß-bereit-Stel lung, welche räumlich möglichst nahe der Mischstellung liegt, angehalten. Auf diese Weise lassen sich zeitliche Verzögerungen zwischen der Bewegung des Ausstoßkolbens und dem Beginn der Schußzeit vermeiden, d. h. die Zeit für die Bewegung des Ausstoßkolbens von seiner Ausstoßstellung in die Schuß-bereit-Stellung muß nicht mehr in der eigentlichen Schußzeit berück sichtigt werden. Die tatsächliche Schußzeit stimmt mit der theoretisch berechneten Schußzeit praktisch überein, so daß einmal eingestellte Schuß gewichte nicht mehr nachteilig beeinflußt werden.

Der Scheibenkolben ist gegenüber dem Arbeitskolben insbesondere koaxial angeordnet und zwischen zwei Anschlägen axial frei verschiebbar, von denen der eine die Schuß-bereit-Stellung und der andere die Mischstellung des Ausstoßkolbens definiert. Die Anschläge sind in dem den Arbeits kolben aufnehmenden Gehäuse vorgesehen. Der Ausstoßkolben kann zuver lässig und wiederholgenau von seiner Mischstellung in die Schuß-bereit- Stellung und umgekehrt gebracht werden.

Weiterhin ist in der Schuß-bereit-Stellung des Ausstoßkolbens ein Drosselorgan durch Druckmittel in die Mischkammer ein- bzw. aus dieser herausschiebbar. Das Drosselorgan dient zur Erzeugung eines Mischungsvordrucks in der Mischkammer und hat die Aufgabe, die zu strömende Menge der Kunststoffkomponenten zu beeinflussen, um die Qualität des Spritzlings zu verbessern, d. h. insbesondere während der Phase zu Beginn und am Ende des Einspritzvorganges, wenn die Misch kammer-Einrichtungsöffnungen nicht ihren vollen Eintrittsquerschnitt aufweisen, eine Veränderung der Vermischungsbedingungen auszugleichen.

Um ein Zusammenstoßen des Drosselorgans mit dem in der Mischkammer ange ordneten Ausstoßkolben zu verhindern, ist der Druckmittelkreis für die Bewegung des Ausstoßkolbens mit dem für die Bewegung des Drosselorgans zusammengeschaltet. Dieses kann zweckmäßigerweise dadurch erreicht werden, daß jeder Druckmittelkreis ein in Abhängigkeit von einem Steuerdruck schaltbares Ventil aufweist, von denen das eine Ventil nach dem Erreichen der Schuß-bereit-Stellung des Ausstoßkolbens aus dessen Ausstoßstellung durch den Arbeitskolben und das andere Ventil nach dem Verlassen der Drosselstellung durch den Kolben des Drosselorgans geschaltet wird. Es wird somit zur Steuerung der hydraulisch bewerkstelligten Bewegung des Drosselorgans die Bewegung des Ausstoßkolbens als Steuerungsimpuls herange zogen und umgekehrt. Mit anderen Worten, das Drosselorgan kann erst dann in die Mischkammer eingeschoben werden, wenn der Ausstoßkolben die Schuß-bereit-Stellung erreicht hat und der Ausstoßkolben wird erst dann aus der Schuß-bereit-Stellung in die Ausstoßstellung bewegt, wenn das Drosselorgan aus der Mischkammer herausgezogen ist. Das Ermöglichen einer Schuß-bereit-Stellung auf hydraulischem Wege durch die Einschaltung eines Scheibenkolbens in Verbindung mit der exakten Festlegung der Schußzeit kann hierdurch in vortelhafter Weise zusätzlich ausgenutzt werden, um sicherzustellen, daß das Drosselorgan nur dann ein- bzw. ausgefahren wird, wenn eine Überschneidung mit dem Ausstoßkolben ausgeschlossen ist. Der steuerungstechnische Aufwand ist dabei vergleichsweise niedrig, die hy draulische Steuerung absolut zuverlässig.

Der Scheibenkolben bildet in der Schuß-bereit-Stellung des Ausstoßkolbens einen Anschlag für den Arbeitskolben, wobei der Anschlag durch die dem Arbeits kolben zugewandte Stellfläche des Scheibenkolbens gebildet wird. Dadurch wird der Scheibenkolben in der Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens von der Schuß-bereit-Stellung bis zum Erreichen der Mischstellung von dem Arbeitskolben mitgenommen. Im umgekehrten Fall wird der Arbeitskolben in der Bewegungsrichtung des Aus stoßkolbens von der Mischstellung bis zum Erreichen der Schuß-bereit- Stellung von dem Scheibenkolben mitgenommen.

Eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mischkopfes ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und nachstehend näher erläu tert. Es zeigt

Fig. 1 den Mischkopf im Längsschnitt mit Fließschema, wobei der Ausstoß kolben die Ausstoßstellung A einnimmt,

Fig. 2 den in Fig. 1 dargestellten Mischkopf mit dem Ausstoßkolben in Schuß-bereit-Stellung C,

Fig. 3 den Mischkopf mit dem Ausstoßkolben in Mischstellung B.

Im wesentlichen besteht der Mischkopf aus einem Gehäuse (1), in dem eine im allgemeinen kreiszylindrische Mischkammer (2) ausgebildet ist. In die Mischkammer führen Eintrittsöffnungen (3) und (4), an die, direkt oder über Düsen, Vorlaufleitungen für die Zuführung der Kunststoffkomponenten angeschlossen sind. Mit (5) ist ein Ausstoßkolben bezeichnet, der in der Mischkammer hin- und herbewegbar ist, um den Zulauf der Kunststoffkompo nenten zu steuern und gleichzeitig die Mischkammer zu reinigen. Der Aus stoßkolben ist in Fig. 1 in seiner vorgeschobenen Stellung - Ausstoßstel lung A - veranschaulicht. In dieser Stellung treffen die Kunststoffkompo neten nicht aufeinander, sondern werden über Rücklaufnuten (8) und (9) durch die Öffnungen (6) und (7) wieder zu Vorratsbehältern zugerückgeführt. Die Mischstellung nimmt der Ausstoßkolben ein, wenn seine untere Stirn fläche die unterbrochene Linie B erreicht und die Schuß-bereit-Stellung bei Erreichen der Linie C (Fig. 2). Dabei ist wenigstens ein Drossel organ (11) zwischen den Eintrittsöffnungen (3) und (4) und der Austritts öffnung (10) für das Kunststoffkomponentengemisch senkrecht in die Misch kammer (2) vorschiebbar.

Das Drosselorgan (11) besteht vorzugsweise aus einem zylinderförmigen Stift und wird von einem Kolbenzylinderaggregat (12) gesteuert, das am Gehäuse (1) des Mischkopfes befestigt ist. Kolben (13) und Zylinder (14) dieses Kolbenzylinderaggregats sind als hydraulisches Stellglied ausgebil det. Die Betätigung des Kolbens (13) erfolgt durch Zufuhr eines hydrauli schen Druckmittels durch die Anschlüsse (15) bzw. (16) zu der einen oder zu der anderen anderen Kolbenseite. In der dem Drosselorgan (11) gegenüberliegen den Stirnwand des Zylinders (14) ist außerdem eine Öffnung (17) vorge sehen, an die eine Steuerleitung (36) angeschlossen ist.

Die Betätigung des Ausstoßkolbens (5) erfolgt durch Zufuhr eines Druckmit tels in den Arbeitszylinder (18), in welchem ein mit dem Ausstoßkolben fest verbundener Arbeitskolben (19) enthalten ist. Hierfür sind die Druck mittelanschlüsse (20), (21) und (22) vorgesehen. Des weiteren besitzt der Arbeitszylinder einen in den Druckmittelkreis des Arbeitskolbens ein geschalteten Scheibenkolben (23) mit den Stellflächen (23 a) und (23 b), der gegenüber dem Arbeitskolben insbesondere koaxial angeordnet und zwischen zwei Anschlägen (24) und (25) axial frei verschiebbar ist. Dabei definiert der Anschlag (25) die Mischstellung B des Ausstoßkolbens (5) und der Anschlag (24) die Schuß-bereit-Stellung C. Die Schuß-bereit-Stel lung C ist zweckmäßigerweise so festgelegt, daß eine Zirkulation der Kunststoffkomponenten gerade noch stattfindet.

Der Scheibenkolben (23) ist durch die Dichtung in seiner Mantelfläche ge genüber der Innenwand des Arbeitszylinders (18) sowie durch eine Ringdich tung gegenüber einer aus der oberen Stirnwand des Arbeitszylinders heraus ragende Nabe, die gleichzeitig als Führung dient, abgedichtet. Durch die Nabe sind Kanäle (26) und (27) geführt, wobei der Kanal (26) mit dem Druckmittelanschluß (21) und der Kanal (27) mit einer weiteren Steuerlei tung (35) in Verbindung steht. Die Kanäle münden bei (28) bzw. (29) in den Druckraum (30) zwischen Arbeitskolben (19) und Scheibenkolben (23).

Die Zufuhr von Druckmittel über die Anschlüsse (20) und (22) führt dazu, daß der Scheibenkolben (23) nach unten bewegt wird und mit seiner dem Arbeitskolben zugewandten Stellfläche (23 b) auf dem schulterartigen An schlag (24) des Arbeitszylinders (18) und der Arbeitskolben (19) mit seiner dem Ausstoßkolben (5) abgelegenen größeren Stellfläche (19 a) an dem Scheibenkolben zur Anlage kommen. Dabei steht die untere Stirnfläche des Ausstoßkolbens in der Schuß-bereit-Stellung C. Mit anderen Worten:
der Scheibenkolben (23), insbesondere dessen Stellfläche (23 b), bildet in der Schuß-bereit-Stellung C des Ausstoßkolbens (5) einen Anschlag für den Arbeitskolben (19). In dieser Position kann das Drosselorgan (11) durch entsprechende Druckmittelbeaufschlagung des ihm zugeordneten Kolbens (13) in die Mischkammer (2) eingeschoben werden. Die Steuerung des Drossel organs in Abhängigkeit von der Stellung des Ausstoßkolbens erfolgt zwangs läufig, indem der Druckmittelkreis für die Bewegung des Arbeitskol bens (19) mit dem Druckmittelkreis für die Bewegung des Drossel organs (11) zusammengeschaltet ist. Hierzu enthält jeder Druckmittelkreis ein schaltbares Ventil (31, 32), eine Blende (33, 34) sowie eine Steuer leitung (35, 36). Als schaltbare Ventile eignen sich beispielsweise durch einen hydraulischen Steuerdruck entsperrbare Rückschlagventile. Das Ventil (31) ist mit der in den Druckraum (30) zwischen Arbeitskolben (19) und Scheibenkolben (23) führenden Steuerleitung (35) verbunden und wird nach dem Erreichen der Schuß-bereit-Stellung C des Ausstoßkol bens (5) durch den Arbeitskolben (19) geschaltet, während das Ventil (32) mit der in den den Kolben (13) des Drosselorgans (11) in die Drosselstel lung beaufschlagenden Druckraum (37) führenden Steuerleitung (36) verbun den ist und durch den Kolben (13) des Drosselorgans (11) geschaltet wird. Bei dieser Anordnung ist sichergestellt, daß nach dem Erreichen der Schuß- bereit-Stellung C des Ausstoßkolbens (5) das Drosselorgan (11) in die Mischkammer (2) eingeschoben wird, bevor der Ausstoßkolben in seine Misch stellung B gelangt bzw. das Drosselorgan aus der Mischkammer herausgezo gen wird, bevor der Ausstoßkolben aus der Stellung C in die Ausstoßstel lung A bewegt wird.

Zum Erreichen der Mischstellung B des Ausstoßkolbens (5) von seiner Schuß- bereit-Stellung C aus wird der Druckmittelanschluß (22) entspannt und der Scheibenkolben (23) von dem Arbeitskolben (19) in seine obere An schlagstellung - Anschlag (25) - gebracht. Für die anschließende Bewe gung des Ausstoßkolbens in die Stellung A werden während eines ersten Teilhubes, d. h. bis zum Erreichen der Stellung C, die Anschlüsse (20) und (22) mit Druckmittel beaufschlagt und der Anschluß (21) entspannt. Der Ar beitskolben (19) wird während dieser Phase von dem Scheibenkolben (23) bis zum Anschlag (24) bewegt und in dieser Position festgehalten, da der Scheibenkolben gegenüber dem Arbeitskolben die größte Arbeitsfläche be sitzt und damit bei gleichem hydraulischen Druck auch eine entsprechend größere Kraft ausübt. Für die weitere Bewegung des Arbeitskolbens in seine untere Endlage, d. h. für den zweiten Teilhub wird der Anschluß (20) entspannt und der Anschluß (21) mit Druckmittel beaufschlagt.

Unter der Voraussetzung, daß ein Mischvorgang durchgeführt werden soll, d. h. der Ausstoßkolben (5) von der Stellung A in die Stellung B gebracht werden soll, wird ein Magnetventil (38) betätigt, der Anschluß (21) ent lastet und der Anschluß (20) mit Druckmittel beaufschlagt. Der An schluß (22) ist ebenfalls mit Druckmittel beaufschlagt; der Scheibenkol ben (23) liegt am Anschlag (24) an. Die in den Zeichnungen nicht darge stellte Druckmittelpumpe liefert Druckmittel mit zeitlich konstanter Durchsatzmenge zu dem Anschluß (20) sowie über den Leitungsabschnitt (40) zu dem schaltbaren Ventil (31). Gleichzeitig gelangt ein Teilstrom des Druckmittels über die Blende (33) in die Steuerleitung (35) zwischen dem Arbeitszylinder (18) und dem Ventil (31). Der Teilstrom in der Steuerlei tung (35) wird in den Druckraum (30) zwischen Scheibenkolben und Arbeits kolben geführt und tritt solange über die Öffnung (28) in den drucklosen Anschluß (21) ein bis der Arbeitskolben mit seiner Stellfläche (19 a) am Scheibenkolben anliegt und die Öffnung (29) der Steuerleitung ver schließt. Der Ausstoßkolben (5) nimmt dann die Schluß-bereit-Stellung C ein. In der Steuerleitung (35) baut sich in der Folge ein höherer Druck auf und das Ventil (31) wird geschaltet, so daß Druckmittel über den An schluß (16) in das Kolbenzylinderaggregat (12) strömt und das Drossel organ (11) in die Mischkammer (2) einschiebt. Für die weitere gemeinsame Bewegung des Scheibenkolbens (23) und des Arbeitskolbens in die Mischstel lung B des Ausstoßkolbens (5) wird ein Magnetventil (39) betätigt und der Anschluß (22) druckentlastet.

Zur Beendigung des Mischvorgangs wird wiederum das Magnetventil (39) betä tigt und der Anschluß (22) mit Druckmittel beaufschlagt. Der Arbeitskol ben (19) wird hierdurch von dem Scheibenkolben (23) in die Schuß-bereit- Stellung C des Ausstoßkolbens (5) bewegt. Da der Anschluß (21) während dieser Zeit drucklos bleibt, ist sichergestellt, daß der Scheibenkolben und der Arbeitskolben zusammen in der unteren Anschlagstellung des Schei benkolbens - Anschlag (24) - zum Stillstand kommen. Die nachfolgende Betäti gung des Magnetventils (38) führt dazu, daß Druckmittel über den Leitungs abschnitt (41) durch den Anschluß (15) in das Kolbenzylinderaggregat (12) gelangt, wodurch das Drosselorgan (11) aus der Mischkammer (2) herausge schoben wird. Ein Teilstrom des Druckmittels wird gleichzeitig über die Blende (34) in die Steuerleitung (36) geführt, welche den Zylinder (14) des Kolbenzylinderaggregats (12) mit dem schaltbaren Ventil (32) verbin det. Dieser Teilstrom tritt in dem Druckraum (37) des Zylinders (14), solange in den drucklosen Anschluß (16) ein bis der Kolben (13) des Drosselorgans (11) an der Stirnwand anliegt und die Öffnung (17) der Steuerleitung verschließt. In der Steuerleitung (36) baut sich in der Folge eine höherer Druck auf und das Ventil (32) wird geschaltet, so daß Druckmittel in den Anschluß (21) strömt und der Arbeitskolben (19) sowie der Ausstoßkolben (5) in die jeweils untere Stellung, d. h. Ausstoßstel lung A für den Ausstoßkolben, verschoben werden.

Claims

1. Mischkopf zum Erzeugen eines vorzugsweise chemisch reaktionsfähigen Gemisches aus mindestens zwei Kunststoffkomponenten, mit einer Mischkammer, die Eintrittsöffnungen für die einzelnen Kunststoffkomponenten und eine Austrittsöffnung für das Kunststoffkomponentengemisch besitzt, und einem in der Mischkammer angeordneten, querschnittsgleichen Ausstoßkolben, der mit einem durch Druckmittel betätigbaren Arbeitskolben verbunden und aus einer die Eintrittsöffnungen offenlassenden Mischstellung bis in den Bereich der vorderen Austrittsöffnung, dabei die Eintrittsöffnungen gegenüber der Mischkammer absperrend, hin- und herbewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Druckmittelkreis des Arbeitskolbens (19) ein Scheibenkolben (23) eingeschaltet ist, der dem Arbeitskolben gegenüberliegend angeordnet und zwischen zwei Anschlägen (24) und (25) axial frei verschiebbar ist, von denen der eine (24) eine Schuß-bereit-Stellung C und der andere (25) die Mischstellung B des Ausstoßkolbens (5) definiert, daß der Scheibenkolben (23) in der Schuß-bereit-Stellung C, in der dessen dem Arbeitskolben (19) abgewandte Stellfläche (23 a) mit Druckmittel beaufschlagbar ist, einen Anschlag für den Arbeitskolben (19) bildet, während die Stellfläche (23 a) für die Bewegung des Ausstoßkolbens (5) in die Mischstellung B entlastbar ist, und daß in der Schuß-bereit-Stellung C des Ausstoßkolbens ein Drosselorgan (11) durch Druckmittel in die Mischkammer (2) ein- bzw. aus dieser herausschiebbar ist, wobei der Druckmittelkreis für die Bewegung des Arbeitskolbens (19) mit dem für die Bewegung des Drosselorgans (11) zusammengeschaltet ist.

2. Mischkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenkolben (23) koaxial zum Arbeitskolben (19) angeordnet ist.