DE69220604T2

DE69220604T2 - Vorrichtung zum Abgeben von hochviskoser Flüssigkeit

Info

Publication number: DE69220604T2
Application number: DE69220604T
Authority: DE
Inventors: Scott Hoover; Mihail Popesco; George O Porter
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 1991-04-19
Filing date: 1992-04-02
Publication date: 1997-10-16
Anticipated expiration: 2012-04-03
Also published as: BR9201446A; CA2064312A1; KR920019426A; EP0509323A2; CA2064312C; JP3418203B2; US5207352A; ES2103848T3; AU1480192A; NO921348L; EP0509323A3; NO921348D0; DE69220604D1; KR100196253B1; AU649322B2; MX9201790A; JPH05115816A; EP0509323B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Abgabevorrichtung, und insbesondere eine Vorrichtung zum Abgeben einer Mischung aus hochviskosem Polymermaterial und einem Gas, wie z.B. Luft, zum Bilden eines Polymerschaumes auf einem Substrat, während die Erzeugung von Druckstößen und Druckabfällen vermieden wird, wenn die Vorrichtung intermittierend betrieben wird.
Der Rechtsnachfolger dieser Erfindung hat den Weg für die Entwicklung und Anwendung von Methoden und Vorrichtungen zum Schäumen von Polymermaterialien gebahnt, wie z.B. thermoplastischen Schmelzklebern, Polymerbeschichtungen, Farben und anderen thermoplastischen und/oder wärmehärtbaren Materialien. Im Fall von Schmelzklebern wurde z.B. festgestellt, daß die Härte einer Klebverbindung, die mit einem gegebenen Volumen eines ausgewählten Schmelzklebers erreicht wird, merklich verbessert werden kann, wenn der Kleber als ein Schaum statt als ein konventioneller nicht geschäumter Kleber aufgebracht wird. Wie z.B. in den US-Patenten 4,059,466 und 4,059,714 von Scholl und anderen offenbart ist, schlossen die Anfangsversuche beim "Schäumen" von Polymermaterialien die Mischung von thermoplastischem Schmelzkleber und einem Treibmittel ein, bei dem eine Polymer/Gas-Kleberlösung gebildet wird und unter Druck zu einer und durch eine Abgabevorrichtung befördert wird. Beim Austreten aus der Düse der Abgabevorrichtung in den Luftdruck scheidet das Gas aus der Lösung in der Form von kleinen Blasen aus, was das volumetrische Ausdehnen des Klebers bewirkt. Der sich daraus ergebende Kleber in einem drucklosen Zustand erhärtet als ein homogener fester Schaum mit im wesentlichen gleichmäßig über dem Kleber verteilten Gasporen.
Diese Technologie wurde auf Polymermaterialien ausgedehnt, die eine viel höhere Viskosität als thermoplastische Schmelzkleber haben, wie es in dem US-Patent 4,778,631 von Cobbs, Jr. offenbart ist, das im Besitz des Rechtsnachfolgers dieser Erfindung ist und von dem die vorliegende Erfindung stammt. Während Schmelzkleber normalerweise eine Viskosität in dem Bereich von ungefähr 2,2 Pas (2.200 cP) bis 20 Pas-35 Pas (20.000-35.000 cP) haben, hat "hoch"-viskoses Polymermaterial, wie z.B. als Kleber, Dichtungen und Dichtungsmaterial verwendete wärmehärtbare Materialien Viskositäten in dem Bereich von ungefähr 50 Pas (50.000 cP) bis ungefähr 1.000 Pas (1.000.000 cP). Wie in dem Patent 4,778,631 von Cobbs, Jr. und anderen offenbart ist, wird, um eine Lösung aus "hoch"-viskosem Polymermaterial und Gas zu bilden, ein Scheibenmischer mit energiearmer Eingangsleistung verwendet, um das Gas in Lösung mit dem Polymermaterial zu zwingen. Wenn die Lösung in die Atmosphäre freigegeben wird, wird ein homogener Schaum gebildet, in dem das Gas aus der Lösung freigegeben, und in dem Polymer eingeschlossen wird.
Es wurde gefunden, daß bei der Anwendung von hochviskosen Schaumpolymermaterialien in einer Produktionsumgebung eine Reihe von praktischen Problemen erzeugt werden. Wegen der extrem hohen Viskosität solcher Polymermaterialien müssen die Abgabesysteme an der Abgabevorrichtung Vutot endenuv, d.h., das Material kann wegen der übermäßigen Ernergiemenge, die zum Bewegen solchen Materials erforderlich ist, und der Größe der erforderlichen Rohrleitung nicht von der Quelle durch die Abgabevorrichtung und zurück zur Quelle wirksam rezirkuliert werden. Wenn das hochviskose Material in der Abgabevorrichtung tot endet oder gestoppt wird, können unbefriedigende Abweichungen in der aus der Abgabevorrichtung ausgetragenen Materialmenge auftreten, insbesondere wenn die Abgabevorrichtung intermittierend betrieben wird. Jedes Öffnen und Schließen der mit der Abgabevorrichtung verbundenen Ventile zum Erreichen des intermittierenden Austrages von Material kann zu Pumpenstößen und Druckschwankungen führen, die wiederum breite Durchflußabweichungen des aus den Abgabevorrichtungen ausgetragenen Polymermatenals bewirken. Der übermässige Auftrag von Material kann zu einem unordentlichen oder nachlässigen Aussehen führen, wenn das Polymer als eine Nahtdichtung aufgetragen wird, und/oder kann zur Bildung einer Dichtung führen, die ein ungleichmäßiges Profil hat. Breite Druckschwankungen können außerdem zur vorzeitigen Bildung von Schaum in der Abgabevorrichtung führen, wenn der Druck unter das Niveau fällt, das zum Halten des Gases in Lösung erforderlich ist, oder die Bildung minderwertigen Schaumes, wenn der Druck in der Abgabevorrichtung zu hoch ist und das Gas die Lösung nicht ohne weiteres verlassen kann.
Den mit dem intermittierenden Auftrag von hochviskosen Polymermaterialien verbundenen Problemen hat sich der Stand der Technik in gewissem Grad zugewandt. Zum Beispiel ist in dem US-Patent 4,922,852 von Price, das im Besitz des Rechtsnachfolgers dieser Erfindung ist, eine Abgabevorrichtung mit einem Servo- Stellglied einschließlich eines elektropneumatischen Servo-Ventiles vorgesehen, das ein wechselseitig beaufschlagtes Kolbenstellglied für ein veränderliches Durchflußbegrenzungsventil betätigt. Ein Drucksensor an der Düse der Abgabevorrichtung erzeugt ein Drucksignal, das mit der gegenwärtigen Strömungsgeschwindigkeit des abgegebenen Fluides korreliert wird, um eine präzise Regelung der verteilten Fluidmenge zu erreichen, selbst wenn die Abgabevorrichtung intermittierend betrieben wird. Obwohl das in dem Patent 4,922,852 offenbarte System effektiv arbeitet, ist es wegen der ziemlich komplizierten Regelungssysteme, die zum Überwachen und Regeln des Fluidstromes erforderlich sind, relativ teuer.
Ein anderes Problem mit vielen Systemen der in dem Patent 4,922,852 offenbarten Art besteht darin, daß sie nicht für die Anwendung mit "geschäumten" Polymermaterialien konstruiert sind, d.h., eine unter Druck stehende Polymer/Gas-Lösung, wie z.B. ein hochviskoser Polymerkleber, Dichtungsmittel und/oder Dichtungsmaterial, in dem Gas in Lösung mit jenem Material enthalten ist. Damit ein System geschäumtes Polymermaterial wirksam abgibt, muß das Gas während seines Durchganges zur und durch die Abgabevorrichtung in Lösung bleiben. Die in dem US- Patent 4,922,852 offenbarte Vorrichtung verwendet z.B. eine Abgabevorrichtung, die zwischen der Austragsöffnung der Abgabevorrichtung und ihrem Durchflußregler einen relativ großen Hohlraum besitzt, in dem der Kleber schäumen könnte, wenn das Ventil geschlossen ist, was ein potentielles Problem des Tropfens oder Leckens des geschäumten Klebers aus dem Hohlraum erzeugen könnte. Die Vorrichtung dieser Art kann zur Anwendung in Verbindung mit unter Druck stehenden Lösungen von Polymermaterial und Gas unannehmbar sein.
Es wurde beobachtet, daß ein anderes praktisches Problem oft im Verlauf des Abgebens von hochviskosen Polymermaterialien, wie z.B. Klebern, Dichtungsmitteln und Dichtungsmaterialien, insbesondere in automatisierten Anwendungen, bei denen ein Roboterarm oder dergleichen eine Abgabevorrichtung in einer nichtlinearen Strömungsbahn in Bezug auf ein Substrat betätigt, auftreten kann. Beim Auftrag eines Dichtungsmaterials auf ein Substrat trägt z.B. eine Abgabevorrichtung normalerweise Material mit einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit aus, während sich der Roboterarm in einem im wesentlichen geraden Weg in Bezug auf das Substrat bewegt. Wenn die Abgabevorrichtung jedoch in einer nichtlinearen Bahn bewegt wird, wie z.B. um eine Ecke, neigt das viskoelastische Polymermaterial dazu, von der Ecke weggezogen zu werden, wenn die Abgabevorrichtung mit der gleichen Strömungsgeschwindigkeit weiterarbeitet. Es hat deshalb eine Notwendigkeit bestanden, automatisch gesteuerte Abgabevorrichtungen mit der Möglichkeit des Veränderns der Strömungsgeschwindigkeit, mit der das polymere Material daraus verteilt wird, ohne im wesentlichen zusätzliche Kosten der Abgabevorrichtung und/oder des mit der Abgabevorrichtung verbundenen Reglers vorzusehen.
Es gehört deshalb zu den Zielen dieser Erfindung, eine Vorrichtung zum Abgeben einer Lösung aus hochviskosem Polymermaterial und Gas vorzusehen, die für eine intermittierende Arbeitsweise ohne breite Druckschwankungen in dem auf das Substrat aufgetragenen Material sorgt, die das Gas mit dem Polymermaterial in Lösung hält, bis es in die Atmosphäre ausgetragen wird, die für eine Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit der Lösung sorgt und die relativ billig zu bauen und zu warten ist.
Diese Ziele werden in einer Vorrichtung zum Abgeben einer Lösung aus hochviskosem Polymermaterial und Gas gemäß Anspruch 1 erfüllt, die eine Abgabevorrichtung, einen Druckregler und optional eine Schwenkbefestigung umfaßt, die alle miteinander verbunden sind. Der Druckregler ist angepaßt, um direkt oder durch die Schwenkbefestigung an eine Quelle mit einer unter Druck stehenden Polymer/Gas- Lösung anzuschließen. Die Lösung wird durch den Druckregler in einen in dem Abgabevorrichtungsgehäuse der Abgabevorrichtung ausgebildeten Fluidkanal übertragen. Wegen der unmittelbaren Nähe des Druckreglers und der Abgabevorrichtung tritt infolge der Leitungsverluste ein minimaler Druckabfall auf, und die Lösung wird in dem Fluidkanal in der Abgabevorrichtung zur Austragsöffnung einer durch die Abgabevorrichtung getragenen Düse unter Hochdruck gehalten. Dieses hält das Gas in dem Polymermaterial innerhalb des Abgabevorrichtungsgehäuses in Lösung, bis es aus der Düse in die Atmosphäre ausgetragen wird, zu welcher Zeit das Gas aus der Lösung ausscheidet, um einen homogenen Schaum mit im wesentlichen gleichmäßig über das Polymermaterial verteilten Gasporen zu bilden.
Ein wichtiger Aspekt dieser Erfindung ist auf dem Konzept des Minimierens der Dauer und des Ausmaßes der Druckschwankungen in der Polymer/Gas-Lösung begründet, insbesondere, wenn die Abgabevorrichtung intermittierend betrieben wird. Dieses wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch den Einbau des Druckreglers und der Abgabevorrichtung in nächster Nähe zueinander ausgeführt, so daß geringe oder keine Leitungsverluste auftreten, wenn die Lösung vom Druckregler zur Austragsöffnung der Düse in die Abgabevorrichtung übertragen wird. Infolgedessen erfolgt der Übergang vom statischen Druck zum dynamischen Druck, d.h., wenn die Abgabevorrichtung intermittierend betrieben wird, sehr schnell, und der Druckabfall des Fluidmaterials in der Abgabevorrichtung wird minimiert. Darüberhinaus wird der dynamische Druck während des Betriebes der Abgabevorrichtung durch den Druckregler auf einem im wesentlichen konstanten Niveau gehalten. Es wurde gefunden, daß jene erfindungsgemäße Konstruktion und Arbeitsweise der Vorrichtung insbesondere beim Abgeben hochviskoser Materialien vorteilhaft ist, und das große Leitungsverluste und unannehmbare Auftragseigenschaften des Schaummateriales erhalten werden, wenn der Druckregler eliminiert oder an einer entfernten Stelle von der Abgabevorrichtung angeordnet wird.
In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform sind die Abgabevorrichtung und der Druckregler in nächster Nähe zueinander angeordnet, und die Lösung wird vom Auslaß des Druckreglers im wesentlichen direkt in den Einlaß des Fluidkanales in der Abgabevorrichtung übertragen. Der Druckregler hält die Polymer/Gas-Lösung auf dem Sollabgabedruck, egal, ob die Abgabevorrichtung kontinuierlich oder intermittierend betrieben wird, durch einen mit dem Druckregler verbundenen Kolben, der in Bezug auf einen Sitz beweglich ist, der in einem Hohlraum ausgebildet ist, durch den die Lösung vor dem Eintreten in das Abgabevorrichtungsgehäuse geführt wird. Die Bewegung des Kolbens wird durch eine Feder oder alternativ ein Druckmedium so gesteuert, daß, wenn die Austragsöffnung des Fluidkanales in der Abgabevorrichtung geschlossen ist, die stromabwärts von dem Druckregler befindliche Lösung in der Abgabevorrichtung auf dem Sollauftragsdruck gehalten wird, während die Lösung stromaufwärts von dem Druckregler, d.h., zwischen dem Druckregler und der Quelle mit Polymer/Gas-Lösung, auf einem höheren Druck gehalten wird. Wenn die Austragsöffnung der Düse in der Abgabevorrichtung geöffnet wird, wird ein Druckstoß vermieden, weil die Lösung in der Abgabevorrichtung stromabwärts von dem Druckregler auf dem richtigen Auftragsdruck gehalten worden ist. Da der Druck stromabwärts von dem Regler vermindert ist, öffnet der Kolben des Reglers, wobei er der Lösung stromaufwärts vom Druckregler erlaubt, dorthindurch zu strömen. Der Druck jener Lösung wird durch die Wirkungsweise des Reglerkolbens auf den richtigen Auftragsdruck reduziert, wenn sie durch den Druckregler hindurchgeht und in die Abgabevorrichtung eintritt. Wegen der unmittelbaren Nähe zwischen dem Druckregler und der Abgabevorrichtung tritt desweiteren minimaler Druckverlust infolge der Leitungsverluste auf, wenn die Lösung stromaufwärts vom Druckregler in das Abgabevorrichtungsgehäuse und durch die Abgabedüse strömt.
Es wurde gefunden, daß die oben beschriebene Konstruktion, in der der Druck der Lösung relativ genau geregelt wird, ein wichtiger Faktor zum Erhalten von Schaum ist, der die gewünschten Auftragseigenschaften besitzt. Vorzugsweise sollte der Druck der Lösung vor dem Austrag aus der Abgabevorrichtung etwas über dem Druck liegen, bei dem das Gas die Lösung verläßt. Wenn der Druck der Lösung zu hoch ist, zeigt die sich daraus ergebende Raupe aus Klebstoff oder anderem Material schlechte Schaumqualität. Wenn der Druck der Lösung auf der anderen Seite zu gering ist, kann das Gas die Lösung verlassen und beginnt innerhalb der Abgabevorrichtung einen Schaum zu bilden, der ebenfalls eine unakzeptable Raupe erzeugt. Es ist deshalb vorteilhaft und ein wichtiges Merkmal dieser Erfindung, für eine relativ genaue Regelung des Lösungsdruckes zu sorgen, insbesondere, wenn die Abgabevorrichtung intermittierend betrieben wird.
In einer anderen Ausführung dieser Erfindung ist die Abgabevorrichtung so konstruiert, daß sie das Gas in dem flüssigen Polymermaterial in Lösung hält, bevor die Lösung aus der Austragsöffnung in den Fluidkanal des Abgabegehäuses abgegeben wird. Vorzugsweise trägt der Fluidkanal in der Abgabevorrichtung ein Nadelventil mit einer Ventilspitze, die an der Austragsöffnung des Fluidkanales sitzt. Die Polymer/Gas-Lösung wird unter Druck durch den Fluidkanal in dem Abgabevorrichtungsgehäuse und in die Düse zu einer Stelle unmittelbar neben der Austragsöffnung der Düse gefördert, wo die Ventilspitze sitzt. Infolgedessen bleibt das Gas in dem Polymermaterial innerhalb der Abgabevorrichtung in Lösung und scheidet nicht aus der Lösung aus, um einen Polymerschaum zu bilden, bis das Nadelventil in eine geöffnete Position in Bezug auf die Austragsöffnung bewegt wird, und die Lösung in die Atmosphäre abgegeben wird.
In einer anderen Ausführung dieser Erfindung wurde gefunden, daß es in bestimmten Anwendungen wünschenswert ist, für eine Veränderung des Durchflusses der Lösung aus der Abgabevorrichtung zu sorgen. In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist die Abgabevorrichtung mit einem einstellbaren Begrenzungsanschlag versehen, der mit dem Nadelventil ineinandergreift, wenn es sich in eine geöffnete sitzfreie Position in Bezug auf die Austragsöffnung in der Düse der Abgabevorrichtung bewegt. Der Begrenzungsanschlag kann zu Beginn eines Fertigungslaufes manuell eingestellt werden, um das Ausmaß der axialen Bewegung des Nadelventiles zu verändern und folglich die Strömungsgeschwindigkeit durch die Düse.
In einer alternativen Ausführungsform wird die Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit der Lösung während eines Fertigungsablaufes mit einer Abgabevorrichtung erreicht, die mindestens ein zweistufiges Stellglied besitzt. In dieser Ausführungsform sind ein Durchflußregelungsmodul und ein Abgabevorrichtungsgehäuse miteinander verbunden, eines auf der Oberseite des anderen, um ein in dem Abgabevorrichtungsgehäuse getragenes Nadelventil zu betätigen. Das Nadelventil hat ein Ende, das mit einer an der Austragsöffnung der durch das Abgabevorrichtungsgehäuse getragenen Düse angeordneten Ventilspitze ausgebildet ist, und ein gegenüberliegendes, einen Kolben tragendes Ende. Der Kolben greift mit einer Rückstellfeder ineinander, die die Ventilspitze normalerweise in einer geschlossenen Position in Bezug auf die Austragsöffnung in der Düse hält. In Reaktion auf das Aufbringen von Druckluft auf die der Feder gegenüberliegende Seite des Kolbens, wird das Nadelventil axial aufwärts in eine erste oder teilweise geöffnete Position in Bezug auf die Austragsöffnung der Düse bewegt.
Im Verlauf der axialen Aufwärtsbewegung berührt der Kolben, der mit dem Nadelventil verbunden ist, das untere Ende eines Plungers, der durch den Durchflußrege- Iungsmodul in axialer Ausrichtung mit dem Nadelventil getragen wird. Das gegenüberliegende Ende des Plungers ist an einen Kolben angeschlossen, der mit einer Rückstellfeder ineinandergreift. Diese Rückstellfeder ist wirksam, um die axiale Bewegung des Plungers zu begrenzen und übt eine Federkraft aus, die in der gleichen Richtung wie die Federkraft wirkt, die durch die mit dem Nadelventil verbundene Rückstellfeder ausgeübt wird. Die durch die obere, mit dem Plunger verbundene Rückstellfeder ausgeübte Federkraft ist, wenn sie mit der Federkraft der unteren Rückstellfeder kombiniert wird, ausreichend, um die axiale Aufwärtsbewegung des Nadelventils über den Punkt, an dem der Kolben des unteren Nadelventiles den Plunger des Durchflußregelungsmoduls berührt, hinaus zu begrenzen. Infolgedessen wird das Nadelventil und seine Ventilspitze in eine vorgegebene erste oder teilweise geöffnete Position in Bezug auf die Austragsöffnung der Düse im Abgabevorrichtungsgehäuse in Reaktion auf das Aufbringen von Druckluft unterhalb des Kolbens des Nadelventiles bewegt.
Um das Nadelventil in eine vollständiger geöffnete oder zweite Position zu bewegen, wird Druckluft unterhalb des an dem Plunger des Durchflußregelungsmoduls befestigten Kolbens eingeführt. Die auf die Kolben des Nadelventiles und des Plungers aufgebrachte zusammengesetzte Kraft der Druckluft ist ausreichend, um die durch die Rückstellfedern gegen jene Kolben in die entgegengesetzte Richtung ausgeübte zusammengesetzte Kraft zu überwinden, und erlaubt auf diese Weise, daß sich das Nadelventil nach oben weg von der Austragsöffnung der Düse in dem Abgabevorrichtungsgehäuse in eine zweite, vollständiger geöffnete Position bewegt.
In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Abgabevorrichtungsgehäuse eine Düse mit einer länglichen Bohrung, in der eine längliche Ventilspitze des Nadelventiles axial beweglich ist. Die längliche Ventilspitze hat einen Außendurchmesser, der etwas kleiner als der Durchmesser der länglichen Bohrung ist, so daß die Ventilspitze als ein veränderlicher Durchflußbegrenzer wirkt, um den Durchfluß der Lösung durch die längliche Bohrung zu regeln. Die längliche Ventilspitze ist in eine erste Position in Bezug auf die Austragsöffnung der Düse beweglich, die den Durchfluß der Lösung dorthindurch mit einer ersten Strömungsgeschwindigkeit erlaubt, und dann bewegt sich die Ventilspitze axial weiter weg von der Austragsöffnung der Düse, mit dem Nadelventil in der zweiten Position, und erlaubt somit eine größere Strömungsgeschwindigkeit dorthindurch.
Die zweistufige Bewegung des Nadelventiles sorgt für eine Veränderung in der Strömungsgeschwindigkeit der aus der Austragsöffnung des Abgabevorrichtungsgehäuses abgegebenen Lösung. Dieses wird ohne ein kompliziertes, teures Rege- Iungssystem ausgeführt und kann sich den Anwendungen anpassen, wie z.B. die Führung der Abgabevorrichtung um eine Ecke oder in anderen, nichtlinearen Strömungsbahnen.
Der Aufbau, die Arbeitsweise und Vorteile der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung werden bei Betrachtung der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen weiter offensichtlich, in denen:
- Fig. 1 eine schematische Ansicht, teilweise im Querschnitt, der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, umfassend eine Abgabevorrichtung, einen Druckregler und eine Schwenkbefestigung sowie ein System zum Zuführen einer Flüssigkeit/Gas-Lösung zu dieser;
- Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 2-2 der Fig. 1, die die Nadelventilführung der Abgabevorrichtung zeigt;
- Fig. 3 ist eine Ansicht ähnlich der Fig. 1, mit Ausnahme eines alternativen Typs eines Druckreglers;
- Fig. 4 ist eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgabevorrichtung mit einer zweistufigen Strömungsgeschwindigkeitsfähigkeit; und
- Die Figuren 5A bis 5C sind vergrößerte schematische Ansichten einer bevorzugten Ausführungsform der Düse, die mit der Abgabevorrichtung der Fig. 3 verwendet wird, in der geschlossenen, teilweise geöffneten und vollständig geöffneten Position.
Gemäß Fig. 1 umfaßt die erfindungsgemäße Abgabevorrichtung 10 eine Abgabevorrichtung 12, einen Druckregler 14 und, in der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform, einen Schwenkmechanismus 16, der zum Anschluß an eine Quelle mit Polymer/Gas-Lösung angepaßt ist. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Lösung aus Polymermaterial und Gas in Vorbereitung des Schäumens durch die erfindungsgemäße Abgabevorrichtung 10 ist in dem US-Patent 4,778,631 von Cobbs, Jr. u.a. offenbart, das im Besitz des Rechtsnachfolgers dieser Erfindung ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung, die in dem Patent 4,778,631 von Cobbs, Jr. u.a. offenbart ist, ist in Fig. 1 schematisch dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet. Die gleiche Vorrichtung wird in anderen Ausführungsformen dieser Erfindung verwendet, zur Erleichterung der Darstellung wird die Vorrichtung jedoch schematisch in einem einzelnen Block gezeigt, der in den Figuren 3 und 4 mit "Polymer/Gas-Lösung" 18 bezeichnet ist.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet die Vorrichtung 18 eine Grundmaterialquelle mit Polymermaterial, wie z.B. einen Grundmaterialschmelzer 300, der ein Heizmittel zum Verflüssigen eines festen oder halbfesten Polymermatenals und zum Pumpen desselben aus dem Behälter enthält. Ein Beispiel eines Grundmaterialschmelzers ist in dem US-Patent 4,073,409 gezeigt, das an den Rechtsnachfolger dieser Erfindung übertragen wurde. Die mit dem Grundmaterialschmelzer 300 verbundene Pumpe ist eine Patronenzahnradpumpe, jedoch ist jede Pumpe geeignet, die ausreichenden Druck zur Verfügung stellen kann, um das Material aus dem Grundmatenalschmelzer 300 zu pumpen.
Das zu schäumende Material wird durch die Leitung 302, die ein Schlauch sein kann, der geeignet ist, heißes Material unter Druck zu befördern, zu dem stromaufwärts liegenden Ende eines Scheibenmischers 304 gefördert, wo es in den Mischer 304 eingeführt wird. Das Schaum bildungsgas wird dem Scheibenmischer 304 von einer Druckgaszuführung 306 über eine Gasleitung 308 zugeführt. An die Leitung 308 sind ein Druckregler 310 und ein Durchflußmengenmesser 312 angeschlossen und erlauben die Regelung des Gasdruckes bzw. der Strömungsgeschwindigkeit zum Mischer 304. Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, kann das Gas dem System über verschiedene alternative Wege zugeführt werden. Einer ist, den Mischer 304 nur teilweise mit Polymermaterial zu füllen und den oberen Raum über jenem Polymermaterial mit Gas aus der Leitung 308 (in durchgehenden Linien gezeigt) auf einen gewünschten Druck zu füllen, bei dem das zu schäumende Polymermaterial in dem Mischer 304 das Gas aus dem oberen Raum beim Betrieb des Mischers 304 umgibt, um die Polymer/Gas-Lösung zu bilden. Ein alternativer Gasströmungsweg 308a (in gestrichelten Linien gezeigt) ist, Gasblasen in die Leitung 302 zu dosieren, die das Polymermaterial dem Mischer 304 zuführt, so daß das Gas und Polymer zusammen in den Mischer 304 eintreten und ihn vollständig füllen. Eine andere Alternative 308b (ebenfalls in gestrichelten Linien gezeigt) ist, an dem stromaufwärtsliegenden Ende des Mischers 304 eine poröse Stirnplatte vorzusehen und dem Mischer 304, der vollständig mit Polymer gefüllt ist, durch die poröse Stirnplatte Gasblasen zuzuführen, so daß die Blasen in Lösung mit dem Polymer gezwungen werden. In Abhänigkeit von der besonderen Anwendung kann jede dieser alternativen Methoden verwendet werden, jedoch ist zu Zwecken der Darstellung das Zuführen des schaumbildenden Gases zu dem oberen Raum im Mischer 304 durch die Leitung 308 als eine Ausführungsform dargestellt.
Wie im Patent 4,778,631 im einzelnen beschrieben ist, und soweit hierin verwendet, ist der Ausdruck "Polymer/Gas-Lösung" zum Hinweis auf eine Kombination aus thermoplastischem oder wärmehärtendem Polymermaterial und Gasen gemeint, wie z.B. Luft, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid und eine Vielzahl anderer Gase oder Mischungen von diesen. Der Ausdruck "Lösung" wird verwendet, um eine unter Druck stehende Mischung aus flüssigem Polymer und gelöstem Gas zu beschreiben, die, wenn sie dem Luftdruck ausgesetzt wird, einen Schaum bildet, in dem das Gas aus der Lösung in der Form von kleinen Blasen entweicht, die sich vergrößern und das volumetrische Ausdehnen des Polymermaterials bewirken. So wie es in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet wird, soll die "Lösung" des Polymermatenals und Gases die breitere generische Definition der Lösung, die eine homogene Mischung eines Gases und geschmolzenen oder flüssigen Polymers ist, egal, ob die Gasmoleküle wirklich gelöst oder unter den Polymermolekülen dispergiert sind oder nicht, definieren und umfassen.
Die erfindungsgemäße Abgabevorrichtung 10 ist insbesondere angepaßt, um geschäumte thermoplastische und wärmehärtende Polymermaterialien abzugeben, die eine relativ hohe Viskosität besitzen, d.h., in dem Bereich von ungefähr 50 Pas (50.000 cps) bis 1.000 Pas (1.000.000 cps) und darüber, die zur Anwendung als Dichtungsmittel, Kleber, Dichtungsmaterialien und dergleichen geeignet sind. Beispiele dieser Materialien sind in dem Patent 4,778,631 gegeben.

Druckregler der Figuren 1 und 3

Entsprechend den Figuren 1 und 2 umfaßt der Druckregler 14 der Vorrichtung 10 einen Befestigungsblock 20, der durch Stifte positioniert und durch Schrauben 23 an dem Abgabevorrichtungsgehäuse 24 der Abgabevorrichtung 12 befestigt ist. Der obere Teil 27 des Druckreglers 14 umfaßt ein Reglergehäuse 26, das in eine in dem Befestigungsblock 20 ausgebildete Bohrung geschraubt ist, und durch einen O-Ring 21 darin abgedichtet ist, so daß ein Ringflansch 28, der durch das Reglergehäuse 26 getragen wird, auf der oberen Fläche des Befestigungsblockes ruht. Der untere Teil des Druckreglers 14 umfaßt einen Boden 29, der mit einer Durchgangsbohrung 30 ausgebildet ist, die eine Ventilführung 32 verschiebbar aufnimmt. Das unterste Ende des Bodens 29 ist mit einem Ringflansch 34 ausgebildet, der durch einen O-Ring 36 zu der unteren Fläche des Befestigungsblockes 20 abgedichtet ist. Ein zweiter O-Ring 38 ist zwischen dem Boden 29 und der Ventilführung 32 angeordnet. Wenn hierin verwendet, wird der Begriff "oberer" oder "oben" verwendet, um den oberen Teil der Vorrichtung hierin zu bezeichnen, wie sie in Fig. 1 bezeichnet ist, und die Ausdrücke "untere" oder "unten" bezeichnen die gegenüberliegende Richtung.
In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform nimmt die Ventilführung 32 ein Ende eines Reglerventiles 40 auf, das einen abgestuften Schaft 42 besitzt, der mit einem unteren Gewindeende 44 und einem oberen Gewindeende 46 ausgebildet ist. Der abgestufte Schaft 42 wird durch einen O-Ring 43 in dichtendem Eingriff mit der Ventilführung 32 gehalten. Das untere Gewindeende 44 des abgestuften Schaftes 42 nimmt eine Mutter 48 und einen Sicherungsring 49 auf, die den abgestuften Schaft 42 an der Ventilführung 32 befestigen. Der abgestufte Schaft 42 wird in einem Hohlraum 50 getragen, der in dem Befestigungsblock 20 ausgebildet ist, und einen Einlaß 52, der mit dem Auslaß 54 des Schwenkmechanismus 16 in Verbindung steht, und einen Auslaß 56 besitzt, der durch einen Kanal 58 an den Einlaß 60 eines Fluidkanales 62 angeschlossen ist, der in dem Abgabevorrichtungsgehäuse 24 der Abgabevorrichtung 12 ausgebildet ist, wie es unten ausgeführt wird.
Vorzugsweise ist der Befestigungsblock 20 mit einem Ventilsitzt 64 ausgebildet, der in dem Hohlraum 50 in solch einer Position befestigt ist, daß er mit einer an dem abgestuften Schaft 42 des Ventiles 40 befestigten Ventilplatte 66 ineinandergreift. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird diese Ventilplatte 66 in einem Ringflansch 68 gehalten, der in der Ventilführung 32 ausgebildet ist, so daß das Ventil 40 und die Ventilführung 32 sich als eine Einheit axial bewegen.
Das obere Teil des abgestuften Schaftes 42 des Ventiles 40 ist mit einem Kolben 72 verbunden, der in einem in dem oberen Teil 27 des Reglers 14 ausgebildeten Hohlraum 74 axial beweglich ist. Ein O-Ring 76 wird in einem in dem Kolben 72 ausgebildeten Sitz gehalten, der mit der Wand des Reglergehäuses 26, die durch den Hohlraum 74 gebildet wird, dichtend ineinandergreift. Der abgestufte Schaft 42 ist an dem Kolben 72 fest durch einen Mutter 82 und einen Sicherungsring 83 verbunden, die auf dem oberen Gewindeende des abgestuften Schaftes 42 getragen werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird in dem Hohlraum 74 des Reglergehäuses 26 zwischen der oberen Fläche des Kolbens 72 und einem Stellring 88, der in dem Hohlraum 74 des Reglergehäuses 26 verschiebbar aufgenommen ist, eine Reglerfeder 84 gehalten. Die Oberseite des Stellringes 88 ruht an dem Boden einer Kappe 90, die mit einer nichtrunden Aussparung 89 ausgebildet ist, die angepaßt ist, um ein Abgleichwerkzeug (nicht dargestellt) aufzunehmen. Die Kappe 90 ist mit einem lnnengewindeflansch 91 ausgebildet, der mit dem Gewinde auf der Außenfläche des oberen Teiles des Reglergehäuses 26 ineinandergreift. Die Kappe 90 ist auf diese Weise an dem Reglergehäuse 26 axial einstellbar, um den Stellring 88 zum Kolben 72 hin oder von diesem weg zu bewegen, welches wiederum die Federkraft verändert, die durch die Reglerfeder 84 auf den Kolben 72 ausgeübt wird. Wie es unten ausführlicher beschrieben wird, wird die unter Druck stehende Polymer/Gas-Lösung in den Hohlraum 50 des Befestigungsblockes 20 eingeführt und strömt an die unterste Fläche des Kolbens 72 und bewirkt sein axiales Bewegen in dem Hohlraum 74 des Reglergehäuses 26 gegen die durch die Reglerfeder 84 ausgeübte Kraft. In Reaktion auf die Bewegung des Kolbens 72 wird die Ventilplatte 66 axial in Bezug auf den Ventilsitz 64 bewegt, um den Durchfluß der Lösung durch den Hohlraum 50 in den Kanal 58 veränderlich zu begrenzen. In der Ausführungsform der Fig. 1 wird die axiale Bewegung des Kolbens 72 durch die Federkraft der Reglerfeder 84 geregelt, die wiederum die axiale Bewegung des Ventiles 42 und der Ventilplatte 66 regelt.
In einer in Fig. 3 gezeigten, alternativen Ausfiihrungsform wird ein modifizierter Druckregler 200 verwendet, der ein Reglergehäuse 202 besitzt, das ähnlich jenem des Druckreglers 14 ist, mit der Ausnahme, daß die Reglerfeder 84, der Stellring 88 und die Kappe 90 des Reglers 14 eliminiert sind. In dieser Ausführungsform hat das Reglergehäuse 202 einen Hohlraum 204, der mit Druckmedium gefüllt ist, das durch eine Öffnung 206 eingeführt wird, die durch eine Leitung 207 an eine Druckmediumquelle 208 angeschlossen ist. Das Druckmedium in dem geschlossenem Hohlraum 204 übt auf den Kolben 72 eine Kraft aus, aber anders als die durch die Reglerfeder 84 aufgebrachte Kraft, kann die Kraft des Druckmediums durch einen Regler 92 variabel geregelt werden, der ein Ventil 212 betätigt, das in der Leitung 207 zwischen der Druckmediumquelle 208 und dem Hohlraum 204 eingebaut ist. Wie unten ausführlicher beschrieben wird, empfängt der Regler 92 Signale von einem Druckmeßumformer 210, der an dem Abgabevorrichtungsgehäuse 24 der Abgabevorrichtung 12 befestigt ist, die mit einem vorgegebenen Sollwert in dem Regler 92 verglichen werden. Ein Ausgangssignal aus dem Regler 92 betätigt das Ventil 212, um den Druck des Fluides in dem Hohlraum 204 zu verändern, und demzufolge die auf den Kolben 72 ausgeübte Kraft wie gewünscht zu verändern. Der übrige Aufbau der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung 10 ist mit jenem in Fig. 1 identisch und ist mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Abgabevorrichtung der Figuren 1-3

Wie oben erwähnt wurde, ist der Befestigungsblock 20, der den Druckregler 14 trägt, direkt an dem Abgabevorrichtungsgehäuse 24 der Abgabevorrichtung 12 befestigt. Ein wichtiger Aspekt dieser Erfindung besteht darin, daß die Druckregler 14 und 200 und die Abgabevorrichtung 12 in so unmittelbarer Nähe befestigt sind, daß Druckverluste im wesentlichen eliminiert werden, wenn die hochviskose Polymer/Gas-Lösung zur Abgabevorrichtung 12 zum Austrag auf ein Substrat übertragen wird.
In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform hat der in dem Abgabevorrichtungsgehäuse 24 ausgebildete Fluid kanal 62 einen Einlaß 60, der direkt an den Auslaßkanal 58 des Befestigungsblockes 20 angeschlossen ist. Diese Verbindung ist durch einen O-Ring 95 abgedichtet, um zwischen dem Befestigungsblock 20 und dem Abgabevorrichtungsgehäuse 24 eine Gleitringdichtung vorzusehen. Der Fluidkanal 62 ist an einen Austragshohlraum 96 angeschlossen, der nahe dem Boden des Abgabevorrichtungsgehäuses 24 ausgebildet ist, der durch eine innen mit Gewinde versehene Öffnung 97 durchdrungen wird. In der Ausführungsform der Fig. 1 ist die Öffnung 97 durch einen Stopfen 103 verschlossen. Wie oben erwähnt wurde, nimmt die Öffnung 97 in der Ausführungsform der Fig. 3 den Druckmeßumformer 210 auf.
Der Hohlraum 96 in dem Abgabevorrichtungsgehäuse 24 steht mit einer Düse 98 in Verbindung, die durch eine an der Bodenfläche des Abgabevorrichtungsgehäuses 24 angeordnete Platte 99 an dem Abgabevorrichtungsgehäuse 24 befestigt ist. Die Düse 98 ist mit einem Austragskanal 100 ausgebildet, der sich von dem Hohlraum 96 zu einer Austragsöffnung 101 andern untersten Ende der Düse 98 radial nach innen verjüngt. Wie es am besten in Fig. 2 zu sehen ist, trägt der Austragskanal 100 der Düse 98 eine dreieckförmige Ventilführung 102, die eine mittige Öffnung 104 besitzt, die durch drei Flügel oder Bohrungen 106a-c definiert wird, die ungefähr 120º voneinander beabstandet sind. Die mittige Öffnung 104 nimmt das untere Ende eines Ventilschaftes 107 eines Nadelventiles 108, das eine Spitze 110 umfaßt, die an der Austragsöffnung 101 des Austragskanales 100 in der Düse 98 angeordnet ist, auf und führt es. Das obere Ende des Nadelventilschaftes 107 des Ventiles 108 wird durch eine erste Dichtung 112, die an der Oberseite des Austragshohlraumes 96 befestigt ist, und eine Dichtung 114 geführt, die einem Lufthohlraum 115 befestigt ist, der durch eine in dem Oberteil des Abgabevorrichtungsgehäuses 24 ausgebildete abgestufte Bohrung 116 definiert wird. Der Lufthohlraum 115 wird durch eine Lufteinlaßöffnung 118 durchdrungen. Eine Luft- oder Dichtungsmittelsickeröffnung 120 ist unter der oberen oder zweiten Dichtung 114 des Lufthohlraumes 115 in dem Abgabevorrichtungsgehäuse 24 ausgebildet. Diese Öffnung 120 durchdringt eine Bohrung 119, die jenen Teil des Schaftes 107 des Nadelventiles 108 aufnimmt, der sich zwischen dem Austragshohlraum 96 und dem Lufthohlraum 115 erstreckt. An dem obersten Ende des Nadelventiles 108 ist ein Kolben 121 durch eine Schraube 122 befestigt, der in dem Lufthohlraum 115 axial beweglich ist. Vorzugsweise trägt der Kolben 116 eine Ringdichtung 123, die mit der Wand des Abgabevorrichtungsgehäuses 24, die durch den Lufthohlraum 115 gebildet wird, ineinandergreift, um dazwischen eine Dichtung vorzusehen. Unter Bezugnahme auf den oberen Teil der Fig. 1 ist eine Einstellkonstruktion vorgesehen, um das Ausmaß der Axialbewegung des Nadelventiles 108 zu steuern, die wiederum den Durchfluß der Polymer/Gas-Lösung durch die Austragsöffnung 101 der Düse 98 regelt. In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform umfaßt diese Einstellkonstruktion einen durch Befestigungsmittel (nicht gezeigt) am Oberteil des Abgabevorrichtungsgehäuses 24 befestigten Bund 124. Der Bund 124 ist mit einer Bohrung 126 ausgebildet, die einen in den oberen Teil der abgestuften Bohrung 116 im Abgabevorrichtungsgehäuse 24 einsetzbaren ringförmigen Vorsprung 128 definiert. In der Bohrung 116 wird ein Rückstellfeder 130 getragen, die sich zwischen dem Oberteil des Kolbens 121 und einer an dem oberen Ende der Bohrung 126 ausgebildeten Schulter 132 erstreckt. In dem Bund 124 ist ein Entlüftungskanal 134 ausgebildet, der die Bohrung 126 durchdringt.
Das obere Ende der abgestuften Bohrung 126 ist mit Gewinde versehen, um das Gewindeteil 135 einer Einstellspindel 136 aufzunehmen, so daß das unterste Ende 138 der Spindel 136 mit der Schraube 122 des Kolbens 121 axial ausgerichtet ist Siehe Fig. 1. Der obere Teil der Einstellspindel 136 ist mit einem nichtrundem Teil 140 ausgebildet, z.B. sechseckförmig, das in einer dazu passenden Bohrung 142 aufgenommen ist, die in einem Rändelring 144 ausgebildet ist. Dieser Ring 144 ruht auf dem Bund 124 und ist in einer drehfesten Position in Bezug auf den Bund 124 durch einen sich dazwischen erstreckenden Stift 146 gehalten. Der Stift 146 ist an dem Ring 144 starr befestigt und ist so dimensioniert, daß er mit einer oder mehreren, in dem Bund 124 ausgebildeten Bohrungen 147 ineinandergreift, von denen zwei in Fig. 1 gezeigt sind. Weil der Ring 144 und die Einstellspindel 136 entlang des nichtrunden Teiles 140 der Spindel 136 miteinander verbunden sind, wird die Spindel 136 auch in einer drehfesten Position gehalten, wenn der Ring 144 an dem Bund 124 befestigt ist. In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Oberteil des Ringes 144 und einer Ringscheibe 150, die am Oberteil der Einstellspindel 136 durch einen Federring 152 befestigt ist, um den Ring 144 in Eingriff mit den Bund 124 zu halten, eine Feder 148 angeordnet.
Die Axialbewegung des Nadelventiles 108 und die Einstellung des Ausmaßes der Axialbewegung wird wie folgt erreicht. Das Nadelventil 108 wird normalerweise durch die Rückstellfeder 130 in einer geschlossenen Position gehalten. In der geschlossenen Position sitzt die Ventilspitze 110 des Nadelventiles 108 in der Austragsöffnung 101 der Düse 98. Um das Nadelventil 108 in eine geöffnete Position zu bewegen, wird über eine Leitung 154, die an eine Druckluftquelle 209 angeschlossen ist, über die Öffnung 118 Druckluft in den Drucklufthohlraum 115 eingeführt. Der Durchfluß der Druckluft durch die Leitung 154 wird vorzugsweise durch ein darin eingebautes Dreiwegeventil 213 geregelt, das durch den gleichen, oben in Verbindung mit dem Druckregelventil 14 beschriebenen Regler 92 betätigt wird. Die Druckluft drückt den Kolben 121 und in der Folge das Nadelventil 108 nach oben, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Dieses zieht die Ventilspitze 110 aus dem Sitz aus der Austragsöffnung 101 der Düse 98, was den Durchfluß der Polymer/- Gas-Lösung dorthindurch erlaubt. Nachfolgend wird die Luft aus dem Hohlraum 115 durch das Dreiwegeventil 213 ausgestoßen.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist das Ausmaß der axialen Aufwärtsbewegung des Kolbens 121 und des Nadelventiles 108 abhängig von der Position der Einstellspindel 136 in Bezug auf die mit dem Kolben 121 verbundene Schraube 122. Der Kolben 121 ist axial in eine Aufwärtsrichtung beweglich, bis die Schraube 122 das unterste Ende 138 der Einstellspindel 136 berührt. Um das Ausmaß der axialen Bewegung des Kolbens 121 und des Nadelventiles 108 zu verändern, wird die Einstellspindel 136 innerhalb der abgestuften Bohrung 126 des Bundes 124 wie gewünscht axial nach oben oder nach unten geschraubt. Dieses wird wie folgt ausgeführt. Zu Beginn wird der Ring 144 entlang des nichtrunden Teiles 140 der Spindel 136 gegen die Kraft der Feder 148 nach oben gezogen, so daß der mit dem Ring 144 verbundene Stift 146 aus dem Eingriff mit der Bohrung 147 in dem Bund 124 kommt. Wenn der Ring 144 und der Stift 146 aus dem Eingriff mit dem Bund 124 sind, kann die Einstellspindel 136 in beide Richtungen gedreht werden, um das unterste Ende 138 ihres Gewindeteiles 135 entweder zu der Einstellschraube 122 des Kolbens 121 zu bewegen oder von ihr weg. 5obald die gewünschte Einstellung erreicht wurde, wird der Stift 146 mit einer der Bohrungen 147 in dem Bund 124 wieder ausgerichtet, und erlaubt der Feder 148, den Ring 144 zurück auf die obere Fläche des Bundes 124 zu drücken. Die Einstellung des Ausmaßes der axialen Bewegung des Nadelventiles 108 erlaubt somit die Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit der Polymer/Gas-Lösung durch die Austragsöffnung 101 der Düse 98.

Alternative Ausführungsform der Abgabevorrichtung der Fig. 4-5c

In den in den Figuren 1-3 gezeigten Ausführungsformen wird die Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit der Polymer/Gas-Lösung durch Einstellen des Ausmaßes der axialen Bewegung des Nadelventiles 108 erreicht. Wie oben beschrieben ist, muß jene Eistellung manuell durch Verändern der axialen Position der Einstellspindel 136 in Bezug auf den durch das Nadelventil 108 getragenen Kolben 121 vorgenommen werden. Obwohl die manuelle Einstellung für einige Anwendungsarten geeignet ist, wurde es bei anderen Anwendungen als vorteilhaft empfunden, die Strömungsgeschwindigkeit der Polymer/Gas-Lösung im Verlauf eines Fertigungsablaufes zu verändern.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 4-5C wird eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 160 dargestellt, die fähig ist, die Strömungsgeschwindigkeit der Polymer/Gas-Lösung zwischen einer ersten Strömungsgeschwindigkeit und einer zweiten Strömungsgeschwindigkeit während des Betriebes zu verändern. Die Vorrichtung 160 umfaßt allgemein eine Abgabevorrichtung 12, wie oben beschrieben mit Ausnahme der unten angeführten Modifikationen, und einen Durchflußregelungsmodul 164, der in vielem den gleichen Aufbau wie die Abgabevorrichtung 12 hat. Zu Zwecken der vorliegenden Erläuterung wurden die Konstruktion des Durchflußregelungsmoduls 164, die gleich jener der Abgabevorrichtung 12 ist, in Fig. 4 mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen, mit dem Zusatz eines "a" zu den Bezugszeichen in Fig. 4. Die Vorrichtung 160 umfaßt außerdem im wesentlichen einen Druckregler 200 von der oben in Verbindung mit Fig. 2 beschriebenen Art, und in Fig. 4 werden für die Konstruktion, die gleich jener in Fig. 3 ist, die gleichen Bezugszeichen verwendet. Es sollte verständlich sein, daß der federbetätigte Druckregler 14 der Fig. 1 auch mit der Vorrichtung 160 verwendet werden könnte, wenn dieses gewünscht wird.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist der obere Durchflußregelungsmodul 164 durch eine im Vergleich mit der Einstellspindel 136 der Fig. 1 etwas modifizierte Einstellspindel 166 oben auf der Abgabevorrichtung 12 befestigt. Vorzugsweise ist die Einstellspindel 166 durch Hartlöten, Schweißen oder dergleichen fest an dem Boden des Durchflußregelungsmoduls 164 befestigt oder mit diesem integral ausgebildet, so daß ein durch den Durchflußregelungsmodul 164 getragener Plunger 167 sich in eine Durchgangsbohrung 168 erstreckt, die in der Einstellspindel 166 zu einer Stelle unmittelbar über dem Kolben 121 der Abgabevorrichtung 12 ausgebildet ist. Dieser Plunger 167 trägt einen oberen Kolben 121a in dem Lufthohlraum 115a, der in dem Durchflußregelungsmodul 164 ausgebildet ist.
Die axiale Position der Einstellspindel 166 und in der Folge des Plungers 167 ist in der gleichen Art und Weise einstellbar, wie es oben in Verbindung mit der Einstellspindel 136 der Fig. 1 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß die Drehung der Einstellspindel 166 in Bezug auf den Bund 124 der Abgabevorrichtung 12 durch Drehen des gesamten Durchflußregelungsmoduls 164 erreicht wird, weil die Spindel 166 daran starr befestigt ist. Jene manuelle Drehung des Durchflußrege- lungsmodules 164 und der Spindel 166 führt zu einer Veränderung des axialen Zwischenraumes zwischen dem Kolben 121 der Abgabevorrichtung 12 und dem Plunger 167 des Durchflußregelungsmoduls 164. Demzufolge ist die Vorrichtung 160 mit der gleichen Vumanuellenuv oder Anfangsströmungsgeschwindigkeitseinstellungsrnöglichkeit wie die Abgabevorrichtung 12 der Fig. 1 versehen. Das heißt, die manuelle Veränderung der Anfangsposition des Plungers 167 in Bezug auf den Kolben 121 der Abgabevorrichtung 12 steuert das Ausmaß der axialen Bewegung seines Nadelventiles in gleicher Art und Weise wie bei der oben beschriebenen Einstellspindel 136.
Die Vorrichtung 160 dieser Ausführungsform wird vorzugsweise in Kombination mit einem modifizierten Nadelventil 108' und zugehöriger Düse 190 der in den Figuren 5A-5C gezeigten Art verwendet. Wie in den Figuren 5A-5C gezeigt ist, ist die Düse 190 mit einem länglichen Austragskanal 192 ausgebildet, der eine Austragsöffnung 193 besitzt. Dieser Austragskanal 192 nimmt eine längliche Ventilspitze 194 mit gleichbleibendem Durchmesser auf, die mit dem Schaft 107' des Nadelventiles 108' verbunden ist. Wie in den Figuren 5A-5C gezeigt ist, ist der Außendurchmesser der Ventilspitze 194 etwas kleiner als der Innendurchmesser des Austragskanales 192, so daß auf diese Weise ein relativ enger ringförmiger Strömungsweg dazwischen erzeugt wird.
Eine andere geringfügige Modifikation in der Ausführungsform der Fig. 4 im Vergleich zu jener der Figuren 1 und 3 besteht darin, daß der Durchflußregelungsmodul 164 mit einem Sitz 163 ausgebildet ist, der ein darin durch einen Federring 170 gehaltenes Rohrverbindungsstück 169 aufnimmt. Das Rohrverbindungsstück 169 hat eine Öffnung 171, die durch eine Leitung 172 an die Quelle 209 der Druckluft angeschlossen ist, und mit einer Bohrung 173 in Verbindung steht, die in dem Durchflußregelungsmodul 164 ausgebildet ist und zu dem Lufthohlraum 115a darin führt.
Die Vorrichtung 160 dieser Ausführungsform ist wirksam, um die Lösung aus der Abgabevorrichtung 12 mit zwei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten durch Bewegen des modifizierten Nadelventiles 108' zwischen einer geschlossenen Position, einer ersten geöffneten Position und einer zweiten geöffneten Position auszutragen. Um z.B. das Nadelventil 108' der Düse 190 der Abgabevorrichtung 12 in eine erste, teilweise geöffnete Position zu bewegen, wird in den Lufthohlraum 115 der Abgabevorrichtung 12 durch eine Leitung 175 Druckluft eingeführt, so daß sein Kolben 121 gegen die Kraft der Rückstellfeder 130 in der Abgabevorrichtung 12 axial nach oben bewegt wird. Wenn sich der Kolben 121 der Abgabevorrichtung 12 um einen vorgegebenen Abstand axial nach oben bewegt, berührt seine Befestigungsschraube 122 den Boden des Plungers 167 des Durchflußrege- Iungsmoduls 164 und beginnt gegen die Rückstellfeder 130a in dem Durchflußregelungsmodul 164 zu wirken. Obwohl die auf den unteren Kolben 121 durch die Druckluft in dem Lufthohlraum 115 der Abgabevorrichtung 12 ausgeübte Kraft ausreichend ist, um die Federkraft der Rückstellfeder 130 zu überwinden, begrenzt die Rückstellfeder 130a des Durchflußregelungsmoduls 164, die auf den durch den Plunger 167 getragenen oberen Kolben 121a wirkt, die weitere axiale Bewegung des Nadelventiles 108'. Infolgedessen wird das Nadelventil 108' in der Abgabevorrichtung 12 in eine erste geöffnete Position in Bezug auf die Austragsöffnung 193 der Düse 190 in Reaktion auf die Unterdrucksetzung des Lufthohlraumes 115 in der Abgabevorrichtung 12 bewegt, um zumindest einen geringen Durchfluß der Polymer/Gas-Lösung dorthindurch zuzulassen.
Um das Nadelventil 108' der Abgabevorrichtung 12 in eine zweite geöffnete Position zu bewegen, die einen größeren Durchfluß der Lösung durch die Düse 190 zuläßt, wird Druckluft aus der Leitung 172 durch die Öffnung 171 und die Bohrung 173 in den Lufthohlraum 115a des Durchflußregelungsmodules 164 eingeführt. Die Druckluft in dem Lufthohlraum 115a drückt den Kolben 121a und Plunger 167 des Durchflußregelungsmodules 164 gegen die Kraft der Rückstellfeder 130a axial aufwärts. Nachfolgend können sich der Kolben 121 und das Nadelventil 108' der Abgabevorrichtung 12 simultan mit der Bewegung des Plungers 167 in der Abgabevorrichtung 12 axial aufwärts bewegen. Das Nadelventil 108' der Abgabevorrichtung 12 wird deshalb weiter von der Austragsöffnung 193 der Düse 190 weg bewegt, um eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit der Polymer/Gas-Lösung dorthindurch zu ermöglichen.
Die unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten, die durch die Düse 190 erreicht werden, resultieren aus der axialen Bewegung des Nadelventiles 108' in der oben beschriebenen Art und Weise darin. Das Nadelventil 108' funktioniert als ein veränderlicher Durchflußbegrenzer in dem länglichem Kanal 192 der Düse 190, der einen größeren oder kleineren Durchfluß der Polymer/Gas-Lösung dorthindurch in Abhängigkeit von der Position des Nadelventiles 108' in Bezug auf die Austragsöffnung 193 des länglichen Kanales 192 erlaubt. In Reaktion auf die axiale Aufwärtsbewegung des Nadelventiles 108' bewegt sich die längliche Ventilspitze 194 aus der geschlossenen Position (Fig. 5A) in eine erste geöffnete Position (Fig. 5B) und dann in eine zweite geöffnete Position (Fig. 5C). Die allmähliche weitere Bewegung der Ventilspitze 194 von der Austragsöffnung 193 des länglichen Austragskanales 192 weg erzeugt weniger Begrenzung oder Widerstand für den Durchfluß der Lösung durch den Austragskanal 192, und somit steigt die Strömungsgeschwindigkeit der aus dem Austragskanal 192 abgegebenen Polymer/Gas- Lösung, wenn sich das Nadelventil 108' von der ersten geöffneten Position in die zweite geöffnete Position bewegt.

Systemarbeitsweise

Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen, d.h., die Figuren 1 und 2, Fig. 3 und Figuren 4-5C, umfassen den gleichen Aufbau zum Ausführen von zwei der Hauptziele dieser Erfindung, nämlich: (1) Regeln des Druckes der Polymer/Gas- Lösung, um Druckschwankungen oder -spitzen und abwechselnde Perioden von niedrigem Druck im wesentlichen zu reduzieren oder eliminieren, wenn die Vorrichtungen 10 oder 160 intermittierend betrieben werden, und (2) das Gas vor dem Austrag aus den Düsen 98 oder 190 mit dem flüssigen Polymer in Lösung zu halten. Die Arbeitsweise dieser gemeinsamen Struktur der verschiedenen Ausführungsformen hierin wird nachfolgend unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben, wobei verständlich ist, daß jene Erläuterung gleichermaßen auf die Ausführungsformen der Figuren 3-5C anwendbar ist.
Außerdem sind die verschiedenen Ausführungsformen hierin unten so gekennzeichnet, daß sie für die Zwecke der vorliegenden Erläuterung entweder während des Betriebes einstellbar oder während des Betriebes nicht einstellbar sind. Die Ausführungsform der Fig. 1 wird als "während des Betriebes nicht einstellbar" betrachtet, weil die axiale Ausdehnung sowohl der Bewegung des Nadelventiles 108 der Abgabevorrichtung 24 als auch die axiale Bewegung des Kolbens 72 des Druckreglers 14 vor dem Betrieb der Vorrichtung 10 beide manuell eingestellt werden und während eines Fertigungsablaufes auf jenen Einstellungen verbleiben. Die Ausführungsformen der Figuren 3-5C haben auf der anderen Seite mindestens einen gewissen Grad der Einstellbarkeit während des Betriebes der Vorrichtung durch Verändern des Betriebes der Abgabevorrichtung und/oder des Druckreglers.

Arbeitsweise der Fig. 1

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird die gesamte Arbeitsweise der Abgabevorrichtung 10 wie folgt zusammengefaßt. Die unter Druck stehende Polymer/Gas-Lösung wird von der Vorrichtung 18 in den Schwenkmechanismus 16 der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform geleitet. Es ist beabsichtigt, daß der Schwenkmechanismus 16 in Anwendungen verwendet werden würde, in denen die Vorrichtung 10 automatisch durch einen Roboterarm oder dergleichen (nicht dargestellt) gehandhabt wird. Vorzugsweise hat der Schwenkmechanismus 16 ein Drehgelenk 17, das die Rotationsbewegung um eine Achse 196 erlaubt, und ein zweites Drehgelenk 15, das die Rotationsbewegung um eine Achse 198 erlaubt. Der Aufbau des Schwenkmechanismus 16 bildet keinen Teil dieser Erfindung an sich und wird somit hierin nicht beschrieben, wobei verständlich ist, daß im wesentlichen jeder konventionelle Schwenkmechanismus 16 in der Vorrichtung 10 dieser Erfindung verwendet werden könnte.
Ein Merkmal dieser Erfindung, das die Druckregelung der Polymer/Gas-Lösung unterstützt, so daß wechselnde Druckschwankungen und Druckverluste reduziert oder eliminiert werden, ist der relativ kurze Strömungsweg, der zwischen dem Druckregler 14 und der Abgabevorrichtung 12 vorgesehen ist. Wie oben erwähnt ist, wird die Polymer/Gas-Lösung durch den Schwenkmechanismus 16 direkt in den Hohlraum 50 des daran befestigten Befestigungsblockes 20 überführt. Wenn das Nadelventil 108 der Abgabevorrichtung 12 in einer geöffneten Position ist, strömt die Lösung durch den Hohlraum 50 und Kanal 58 des Befestigungsblockes 20 direkt in den Fluid kanal 62, der in dem Abgabevorrichtungsgehäuse 24 ausgebildet ist. Die Lösung tritt aus dem Fluidkanal 62 in den Austragshohlraum 96 des Abgabevorrichtungsgehäuses 24 ein und strömt dann an der Ventilführung 102 vorbei und durch diese in die Austragsöffnung 101 der Düse 98. Durch den Druckregler 14, den Befestigungsblock 20 und die Abgabevorrichtung 12 wird deshalb ein kurzer Strömungsweg erzeugt, der den Druckabfall infolge von Leitungsverlusten minimiert, wenn die Lösung dort hindurchströmt.
Zusätzlich zu der Reduzierung der Leitungsverluste ermöglicht der oben beschriebene, relativ kurze Strömungsweg zwischen dem Druckregler 14, dem Befestigungsblock 20 und der Abgabevorrichtung 12, daß der Druckregler 14 den durch den Kanal 58 in der Abgabevorrichtung 12 abgegebenen Strom der Polymer/Gas- Lösung auf einem im wesentlichen konstanten Druck zu halten, selbst wenn die Abgabevorrichtung 12 intermittierend betrieben wird. Wenn das Nadelventil 108 der Abgabevorrichtung 12 in eine geschlossene Position bewegt wird, läuft die mit der Quelle 18 der Polymer/Gas-Lösung verbundene Pumpe (nicht dargestellt) weiter, auf diese Weise Druck an dem Druckregler 14 aufbauend. Wenn der Druck in dem Hohlraum 50 ansteigt, werden der Kolben 72 und die Ventilplatte 66 des Reglers 14 axial aufwärtsbewegt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Bei einem vorgegebenen maximalen Druck, der dem Sollauftragsdruck der aus der Abgabedüse 98 ausgetragenen Lösung entspricht, liegt die Ventilplatte 66 an dem Ventilsitz 64 an, wobei sie auf diese Weise jeden weiteren Durchfluß der Lösung in die Abgabevorrichtung 12 verhindert. Wenn die Ventilplatte 66 des Druckreglers 14 in dieser anliegenden Position ist, wird der Druck der Lösung stromabwärts von der Ventilplatte 66 ungefähr auf dem Sollauftragsdruck gehalten. Das heißt, der Druck der Lösung in dem Rest des Hohlraumes 50 und dem Kanal 58 des Befestigungsblockes 20 und die Lösung in dem Fluidkanal 62, dem Austragshohlraum 96 und dem Düsenkanal 100 der Abgabevorrichtung 12 ist im wesentlichen gleich dem Solldruck, mit dem die Lösung aus der Düse 98 zum Auftrag auf ein Substrat aufgetragen werden sollte. Die mit der Lösungsquelle 18 verbundene Pumpe arbeitet bei geschlossenem Nadelventil 108 weiter, so daß der Druck der Lösung unmittelbar stromaufwärts von der Ventilplatte 66 des Druckreglers 14 ansteigen kann.
Wenn das Nadelventil 108 nun in eine geöffnete Position bewegt wird, wird die Lösung stromabwärts von der Ventilplatte 66 des Druckreglers 14 durch die Düse 98 abgegeben. Anfangs werden keine "Hammerköpfe", d.h., vergrößerte Bereiche von überschüssigem Material, auf dem Substrat gebildet, weil die Lösung stromabwärts von der Ventilplatte 66 im wesentlichen auf dem Sollauftragsdruck gehalten worden ist, wie es oben beschrieben ist. Der Austrag der Lösung aus der Düse 98 reduziert den auf den Kolben 72 des Druckreglers 14 ausgeöbten Druck und erlaubt somit der Reglerfeder 84, den Kolben axial herunter zu bewegen und die Ventilplatte 66 von dem Ventilsitz 64 zu lösen. In dem Hohlraum 50 tritt eine leichte Druckschwankung auf, wenn die stromaufwärts von der Ventilplatte 66 befindliche, unter Druck stehene Lösung dorthinein strömt, weil jene Lösung auf einem den Sollauftragsdruck übersteigenden Druck gehalten wurde, wie es oben beschrieben ist. Diese Anfangsschwankung der Lösung in dem Hohlraum 50 des Befestigungsblockes 20 erzeugt jedoch keine "Spitze" oder keinen Druckanstieg stromabwärts an der Düse 98 der Abgabevorrichtung 24, weil die Ventilplatte 66 schnell schaltet, um den Lösungsdruck zu regeln, und weil mindestens etwas minimaler Druckabfall im Verlauf der Bewegung der Lösung von der stromaufwärtsgelegenen Seite der Ventilplatte 66 zu der Austragsöffnung 101 in der Düse 98 auftritt. Gleichzeitig tritt in der Zeit, die die Lösung stromaufwärts von der Ventilplatte 66 braucht, um die Düse 98 zu erreichen, an der Düse 98 wegen des kurzen Strömungsweges und der minimalen Leitungsverluste zwischen dem Regler 14 und der Abgabevorrichtung 24 ein geringer oder kein Druckverlust auf. Der Druck in der Abgabevorrichtung 24 geht deshalb schnell und gleichmäßig von dem statischen Zustand (keine Strömung) in den dynamischen Zustand (Strömung) über und das Druckprofil oder -niveau in der Abgabevorrichtung 24 wird innerhalb eines sehr kurzen Zeitraumes im wesentlichen konstant. Infolgedessen wird eine im wesentlichen gleichförmige Raupe oder Band aus geschäumten Polymermaterial ohne Bereiche mit nennenswertem Überschußmaterial durch die Düse 98 aufgetragen, selbst wenn die Vorrichtungen 10 oder 160 intermittierend betrieben werden. Das oben beschriebene Druckregelmerkmal der Vorrichtung 10 dieser Erfindung führt zu einem wichtigen Vorteil beim Bilden eines hochqualitativen Schaumes aus der Polymer/Gas-Lösung. Es wurde als wünschenswert gefunden, die Polymer/Gas- Lösung in der Abgabevorrichtung 24 auf einem Druck zu halten, der dem obigen Druck sehr nahe ist, jedoch etwas darüberliegt, bei dem das Gas aus der Lösung austritt, um die Produktion von "hochqualitativem" Schaum zu gewährleisten, d.h., einem homogenen festen Schaum mit im wesentlichen gleichmäßig über das Polymermaterial verteilten Gasporen. Wenn der Druck der Poplymer/Gas-Lösung wesentlich höher als der Druck ist, bei dem das Gas aus der Lösung entweicht, wurde festgestellt, daß die sich ergebende Raupe schlechte Schaurnqualität zeigt. Das Halten der Polymer/Gas-Lösung auf einem zu niedrigem Druck in der Abgabevorrichtung 12 kann auf der anderen Seite das vorzeitige Entweichen des Gases aus der Lösung und Bilden des Schaumstoffes innerhalb der Abgabevorrichtung 12 bewirken. Diese beiden Probleme können im wesentlichen durch Halten der Polymer/Gas-Lösung auf dem Solldruck verhindert werden, selbst wenn die Vorrichtung 14 intermittierend betrieben wird.
Der Druck, bei dem das Gas aus der Lösung entweicht, ist von dem Polymermaterial und der "Dichtereduzierung" abhängig. Der Ausdruck "Dichtereduzierung" soll sich auf die Reduzierung in der Dichte des Polymermatenals vom ungeschäumten Zustand in den geschäumten Zustand beziehen. Wenn die Dichtereduzierung groß ist, ist eine relativ große Menge Gas in Lösung, während die Dichtereduzierung abnimmt, wenn die Menge des Gases in Lösung abnimmt. Um einen Schaum mit der gewünschten Qualität zu produzieren, ist es wichtig, den Druck der Polymer/- Gas-Lösung in der Abgabevorrichtung 12 in relativ engen Druckbereichen zu regeln.
Ein Beispiel, das die Wichtigkeit der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 vorgesehenen Druckregelung zeigt, ist das folgende. Polymermaterial GE Silicone 1403 wurde mit ausreichendem Gas injiziert, um eine Dichtereduzierung von ungefähr 60% zur Verfügung zu stellen. Bei diesem Dichtereduktionsniveau muß in der Abgabevorrichtung 12 ein dynamischer Druck von 200 psi aufrechterhalten werden, um das Gas in dem Polymermaterial in Lösung zu halten. Für diese Materialart und die besondere Dichtereduzierung wurde gefunden, daß ein dynamischer Druck, der in der Abgabevorrichtung 12 250 psi erreicht, eine verschlechterte geschäumte Raupenstruktur erzeugte, wenn es aus der Düse 98 abgegeben wurde. Infolgedessen ist die Regelung des Polymer/Gas-Lösungsdruckes auf ein Niveau von nahezu, jedoch etwas über 200 psi an der Abgabedüse 98 erforderlich, um die gewünschte Schaumqualität der sich ergebenden geschäumten Polymerraupe zu erzeugen. Es ist deshalb erkennbar, daß die durch die Vorrichtung 10 dieser Erfindung erreichte Druckregelung ein wichtiges Merkmal beim Erzeugen der gewünschten Schaumqualität ist.

Während des Betriebes einstellbare Ausführungsform der Fig. 3

Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, in der eine alternative Ausführungsform dargestellt ist, die, wie oben beschrieben wurde, einen modifizierten Druckregler 200 umfaßt, bei dem die bei dem Druckregler 14 der Fig. 1 verwendete Reglerfeder 84 und Stellring 88 entfernt sind. Wie oben erwähnt wurde, ist der Hohlraum 204 des Druckreglers 200 mit einem Druckmedium gefüllt, vorzugsweise Luft oder Stickstoff, das von einer Druckmediumquelle 208 zugeführt wird, die durch eine Leitung 207 an eine Öffnung 206 im Regler 200 angeschlossen ist. Zusätzlich ist ein Druckmeßumformer 210 in der indem Abgabevorrichtungsgehäuse 24 ausgebildeten Öffnung 97 eingebaut, die mit dem Austragshohlraum 96 in Verbindung steht.
Die Einstellung des Ausmaßes der axialen Bewegung des Nadelventiles 108 in dieser Ausführungsform wird manuell in der gleichen Art und Weise, wie sie oben in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde, erreicht, die dynamische Veränderung in der Strömungsgeschwindigkeit der in die Düse 98 eingeführten Polymer/Gas- Lösung kann jedoch durch die Arbeitsweise des Druckreglers 200 geregelt werden. Der Druckmeßumformer 210 ist wirksam, um den Druck der durch den Austragshohlraum 96 des Abgabevorrichtungsgehäuses 24 in die Düse 98 strömenden Polymer/Gas-Lösung zu messen. Der Druckmeßurnformer 210 erzeugt Signale, die mit dem Druck der Lösung korreliert werden, die durch den Regler 92 als ein Eingangssignal empfangen werden. Der Regler 92 ist wirksam, um den gemessenen Druck mit einer vorgegebenen Sollgröße oder einem Solldruckniveau der Polymer/Gas-Lösung in der Abgabevorrichtung 12 zu vergleichen, und erzeugt ein Ausgangssignal zu dem Ventil 212, wie z.B. ein elektrisches Druckrelaisventil bis pneumatischer Verstärker, das in der sich zwischen der Druckmediurnquelle 208 und dem Hohlraum 204 des Druckreglers 14 erstreckenden Leitung 207 getragen wird. In Reaktion auf die Signale von dem Regler 92 regelt das Ventil 212 den Luftdruck in dem Hohlraum 204 und stellt ihn ein, der wiederum die Bewegung des Kolbens 72 und der Ventilplatte 66 in Bezug auf den Sitz 64 in dem Hohlraum 50 des Befestigungsblockes 20 regelt. Durch dynamisches Regeln der Bewegung des Kolbens 72 und der Ventilplatte 66 kann der Druck, mit dem die Polymer/Gas- Lösung aus dem Druckregler 14 in den Kanal 62 des Abgabevorrichtungsgehäuses 24 ausgetragen wird, wie gewünscht verändert werden. Auf diese Art und Weise wird mindestens etwas Regelung Uvim laufendern Betriebvu des Druckes der Polymer/Gas-Lösung durch die Vorrichtung 10 in der Ausführungsform der Fig. 3 erhalten.

Während des Betriebes einstellbare Ausführungsform der Figuren 4-5C

In Bezug auf die Ausführungsform der Figuren 4-5C ist die darin dargestellte Vorrichtung 160 während eines Fertigungsablaufes in zwei Hinsichten "während des Betriebes einstellbar". Wie oben beschrieben ist, weist die Vorrichtung 160 erstens ein wirtschaftliches und zuverlässiges Mittel zum Verändern der Strömungsgeschwindigkeit der aus der Abgabevorrichtung 12 ausgetragenen Polymer/- Gas-Lösung zwischen mindestens einer ersten und zweiten Strömungsgeschwindigkeit auf. In Reaktion auf Signale aus dem Regler 92 kann Druckluft über die Leitung 175 und das Ventil 213 von der Druckluftquelle 209 in den Lufthohlraum 115 der Abgabevorrichtung 12 geführt werden, um das Nadelventil 108' in eine erste, teilweise geöffnete Position zu bewegen. Wenn es gewünscht wird, kann die Druckluft außerdem durch die Leitung 172 und das Ventil 213a in den Lufthohlraum 115a des Durchflußregelungsmodules 164 zugeführt werden, um das Nadelventil 108' der Abgabevorrichtung 12 in eine zweite, vollständig geöffnete Position zu bewegen, wie es oben beschrieben ist. Die Vorrichtung 160 stellt somit mindestens eine Zweistufeneinstellung des Nadelventiles 108' der Abgabevorrichtung 12 während eines Fertigungsablaufes zur Verfügung, wenn es gewünscht wird.
Die oben beschriebene, zweistufige Bewegung des Nadelventiles 108' der Abgabevorrichtung 12 hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Vorrichtung 160 zum Aufbringen von Schaumpolymermaterial in einer nichtlinearen Bahn auf ein Substrat verwendet wird. Zum Beispiel wurde beim Durchlaufen einer nicht- linearen Bahn, die aus einem geraden Teil, einem gekrimmten oder gebogenen Teil und dann einem anderen geraden Teil besteht, gefunden, daß es vorteilhaft ist, die Polymer/Gas-Lösung aus der Abgabevorrichtung 12 mit zwei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten auszutragen. Vorzugsweise wird die Polymer/Gas- Lösung mit einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit ausgetragen, wenn sich die Vorrichtung 160 oder das Substrat entlang einer linearen oder geraden Bahn in Bezug aufeinander bewegen, d.h., mit dem Nadelventil 108' in der zweiten vollständiger geöffneten Position, die in Fig. 5C gezeigt ist. Wenn auf der anderen Seite die Vorrichtung 160 oder das Substrat in einer nichtlinearen oder gekrümmten Bahn bewegt werden, ist der Regler 92 wirksam, um den Strom der Druckluft aus der Quelle 208 in den Lufthohlraum 115a des Durchflußregelungsmodul 164 zu stoppen, so daß das Nadelventil 108' der Abgabevorrichtung 12 in die erste, teilweise geöffnete Position zurückkehrt Siehe Fig. 5B. In dieser Position wird aus der Abgabevorrichtung 12 eine Polymer/Gas-Lösung mit niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit ausgetragen, was vorteilhaft ist, wenn sie nichtlineare oder gekrümmte Strömungsbahnen durchläuft, weil, wenn die Geschwindigkeit der Abgabevorrichtung die Geschwindigkeit des Raupenaustrages überschreitet, in dem viskoelastischen Material innere Spannung erzeugt wird. Diese innere Spannung bewirkt das nach Innenziehen der Raupe an der Ecke. Sobald die Vorrichtung 160 oder das Substrat wieder entlang einer linearen Bahn bewegt werden, wird der Regler 92 betätigt, um den Strom der Arbeitsluft in den Lufthohlraum 115a des Durchflußregelungsmoduls 164 fortzusetzen, um das Nadelventil 108' der Abgabevorrichtung 12 in die zweite, vollständig geöffnete Position zurückzuführen. Dieses setzt die höhere Strömungsgeschwindigkeit der Polymer/Gas-Lösung durch die Düse 190 wieder ein.
Die Vorrichtung 160 ist auch in der gleichen Art und Weise wie die oben beschriebene Ausführungsform der Fig. 3 während des Betriebes einstellbar, wenn sie mit dem Druckregler 200 verbunden ist, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Das heißt, der Druck der der Abgabevorrichtung 12 zugeführten Polymer/Gas-Lösung kann durch den Regler 92 und Regler 200 in der gleichen, wie oben in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen Art und Weise geregelt werden.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, wird es für die Fachleute auf dem Gebiet verständlich sein, daß verschiedene Veränderungen vorgenommen und Elemente durch deren Äquivalente ersetzt werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Deshalb soll die Erfindung nicht auf die besondere Ausführungsform begrenzt sein, die als die beste Art zum Ausführen dieser Erfindung betrachtete offenbart ist, sondern daß die Erfindung alle in den Schutzbereich der angehängten Ansprüche fallenden Ausführungsformen umfaßt.

Claims

1. Vorrichtung zum Abgeben einer Mischung aus einem hochviskosen Fluidmaterial und einem Gas, umfassend

Abgabemittel (12) zum Empfangen einer unter Druck stehenden Lösung aus miteinander vermischtem, hochviskosen Polymermaterial und Gas und zum Austragen dieser Lösung durch eine Austragsöffnung (101; 193), gekennzeichnet durch

Reglermittel (14; 200) zum Halten der in das Abgabemittel (12) eingeführten, unter Druck stehenden Lösung auf einem Druck, der etwas über dem Druck ist, bei dem das Gas aus der Lösung austritt, so daß bei Austrag der unter Druck stehenden Lösung aus dem Abgabemittel (12) ein Polymerschaum mit einer annehmbaren Schaumqualität gebildet wird;

wobei das Abgabemittel (12) und das Reglermittel (14, 200) in so unmittelbarer Nähe zueinander eingebaut sind, daß geringe oder keine Leitungsverluste auftreten, wenn die Lösung von dem Reglermittel (14, 200) zu der Austragsöffnung (101; 193) des Abgabemittels (12) geführt wird.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1,

bei der das Reglermittel (14; 200) umfaßt:

einen Druckregler (14; 200), der mit einem Innenhohlraum (50) ausgebildet ist, der einen zum Anschluß an eine Quelle der Lösung (18) angepaßten ersten Einlaß (52) und einen ersten Auslaß (56) besitzt, wobei der Druckregler (14; 200) Mittel (40) zum Regeln des Druckes umfaßt, mit dem die Lösung durch den ersten Auslaß (56) des Innenhohlraumes ausgetragen wird;

und bei der das Abgabemittel (12) umfaßt

eine Abgabevorrichtung (12), die mit einem Fluidkanal (62,96, 100; 192) ausgebildet ist, der einen zweiten Einlaß (60) und eine zweite Austragsöffnung (101; 193) besitzt, wobei der Fluidkanal (62, 96, 100; 192) ein Ventil (108; 108') mit einer zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position in Bezug auf die zweite Austragsöffnung (101; 193) bewegbaren Ventilspitze (110; 194) trägt, der zweite Einlaß (60) des Fluidkanales (62, 96, 100; 192) in der Abgabevorrichtung (12) mit dem ersten Auslaß (56) des Innenhohlraumes (50) des Druckreglers (14; 200) verbunden ist, so daß ein Strömungsweg für die Lösung zwischen dem Innenhohlraum (50) und der zweiten Austragsöffnung (101; 193) des Fluidkana les (62, 96, 100; 192) gebildet wird, innerhalb dessen ausreichender Druck aufrechterhalten wird, um das Austreten des Gases aus der Lösung zum Bilden eines Polymerschaumes vor dem Austrag aus der Abgabevorrichtung (12) im wesentlichen zu verhindern.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2,

bei der die Abgabevorrichtung (12) ein mit dem Fluidkanal (62, 96, 100; 192) in Verbindung stehendes Sensormittel (210) zum Messen des Druckes der durch den Fluidkanal (62, 96, 100; 192) hindurchgehenden Lösung umfaßt, wobei das Sensormittel (210) mit dem Druck der Lösung in dem Fluidkanal (62, 66, 100; 192) korrelierte Signale an einen Regler (92) sendet, der wirksam ist, um die Arbeitsweise des Reglermittels des Druckreglers (200) zu regeln und somit den Druck zu regeln, mit dem die Lösung in den Fluidkanal (62, 92, 100; 192) der Abgabevorrichtung (12) ausgetragen wird.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, bei der

das Ventil (108; 108') in der Abgabevorrichtung (12) so angepaßt ist, daß es zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position in Bezug auf die zweiteaustragsöffnung (101; 193)desfluidkanales (62,96,100; 192) beweglich ist;

und bei der das in dem Innenhohlraum (50) des Druckreglers (14, 200) getragene Reglermittel (14, 200) so angepaßt ist, daß es die Lösung in dem Fluidkanal (62, 96, 100; 192) in der Abgabevorrichtung (12) auf einem ersten Druck hält und die Lösung stromaufwärts von dem Druckregler (14; 200) auf einem höheren, zweiten Druck hält, wenn das Ventil (108; 180') in der geschlossenen Position ist,

wobei das Reglermittel (14, 200) bei der Bewegung des Ventiles (108; 108') in die geöffnete Position wirksam ist, um den Druck des Fluidmaterials zu reduzieren, wenn es durch den Druckregler (14; 200) hindurchgeht, und um das Fluidmaterial in den Fluidkanal (62, 96, 100; 192) der Abgabevorrichtung (12) ohne Erzeugen einer Druckschwankung oder eines Druckverlustes in dem Fluidmaterial zu überführen, bevor es aus der Abgabevorrichtung (12) ausgetragen wird.

5. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der die Abgabevorrichtung (12) umfaßt:

(1) Ein mit dem Fluidkanal (62, 96, 100; 192) ausgebildetes und das Ventil (108; 108') tragendes Abgabevorrichtungsgehäuse (24);

(2) Ventilverschlußmittel (107, 130; 107') zum Bewegen des Ventiles (108; 10') in eine geschlossene Position in Bezug auf die Austragsöffnung (101; 193);

(3) Mittel (107, 121, 209; 107') zum axialen Bewegen des Ventiles (108; 108') in eine erste Richtung weg von der Austragsöffnung (101; 193);

(4) Anschlagmittel (138; 167) zum Begrenzen des Ausmaßes der axialen Bewegung des Ventiles (108; 108') in Bezug auf die Austragsöffnung (101; 193) zum Regeln des Durchflusses des Fluidmateriales dorthindurch;

(5) Einstellmittel (136; 164) zum Einstellen der Position des Anschlagmittels (138; 167) in Bezug auf das Ventil (108; 108'), um das Ausmaß der axialen Bewegung des Ventiles (108; 108'), die durch das Anschlagmittel erlaubt wird, zu verändern;

und bei der

das Druckregelmittel (14; 200) bei der Betätigung der Ventilverschlußmittel (107, 130; 107') der Abgabevorrichtung (12) wirksam ist, um das Fluidmaterial in dem Fluidkanal (62, 96, 100; 192) in der Abgabevorrichtung (12) auf einem ersten Druck zu halten, und das Fluidmaterial stromaufwärts von dem Druckregler (14; 200) auf einem zweiten, höheren Druck zu halten, wobei das Reglermittel (14, 200) bei der Betätigung des Mittels (107, 121, 209) zum axialen Bewegen des Ventiles (108; 108') wirksam ist, um den Druck des Fluidmaterials stromaufwärts von dem Druckregler (14; 200) zu reduzieren, wenn es dorthindurchgeht, und um das Fluidmaterial in den Fluidkanal (62, 96, 100; 192) der Abgabevorrichtung (12) ohne Erzeugen einer Druckschwankung oder eines Druckabfalles in dem Fluidrnaterial zu überführen, bevor es aus der Abgabevorrichtung (12) ausgetragen wird.

6. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, umfassend:

einen mit der Abgabevorrichtung (12) verbundenen Durchflußregelungsmodul (164), wobei der Durchflußregelungsmodul (164) umfaßt:

(1) Anschlagmittel (167);

(2) Mittel (166) zum Positionieren des Anschlagmittels (167) in einer ersten Position in Bezug auf das Ventil (108'), sodaß das Ventil (108') sich in eine erste, geöffnete Position in Bezug auf die zweite Austragsöffnug (193) in Reaktion auf die Tätigkeit von ersten Stellmitteln (107', 121, 209) bewegen kann;

(3) weitere Stellmittel (121a, 167, 209) zum Bewegen der Anschlagmittel (167) in eine zweite Position in Bezug auf das Austragsventil (108'), so daß das Ventil (108') sich in eine zweite geöffnete Position in Bezug auf die Austragsöffnung (193) in Reaktion auf die Tätigkeit des ersten Stellmittels (107', 121, 209) bewegen kann.

7. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der die Abgabevorrichtung (12) eine Düse (190) trägt, die eine längliche Durchgangsbohrung (192) mit einem ersten Durchmesser besitzt, die einen Teil des Fluidkanales (62, 96, 192) der Abgabevorrichtung (12) bildet, der mit der Austragsöffnung (193) endet, wobei das Ventil (108') mit einer länglichen Ventilspitze (194) mit einem zweiten Durchmesser ausgebildet ist, der in Bezug auf den ersten Durchmesser der länglichen Durchgangsbohrung (192) der Düse (190) so dimensioniert ist, daß die längliche Ventilspitze (194) in der länglichen Durchgangsbohrung (192) eine Durchflußbegrenzung bildet, die Ventilspitze (194) bei der Bewegung des Ventiles (108') in eine erste Position in der Düsendurchgangsbohrung (192) in Bezug auf die Austragsöffnung (193) derselben in die erste, geöffnete Position beweglich ist, um eine Durchflußbegrenzung vorzusehen, die eine erste Strömungsgeschwindigkeit des Fluidmateriales erzeugt, und die Ventilspitze (194) bei der Bewegung des Ventiles (108') in die zweite, geöffnete Position in eine zweite Position, weiter weg von der Austragsöffnung (193) beweglich ist, um eine Durchflußbegrenzung vorzusehen, die eine zweite, größere Strömungsgeschwindigkeit des Fluidmaterials erzeugt.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der das Ventilverschlußmittel (107, 130) Vorspannmittel (130) zum Aufbringen einer kontinuierlichen Kraft auf das Ventil (108, 108') umfaßt, die das Ventil (108; 108') in eine geschlossene Position in Bezug auf die Austragsöffnung (101; 193) des Fluidkanales (62, 96, 100, 192) drückt.