DE2346347A1

DE2346347A1 - Mischvorrichtung fuer die formgebende verarbeitung von sich aus mehreren, vorzugsweise fluessigen komponenten bildenden kunststoffen

Info

Publication number: DE2346347A1
Application number: DE19732346347
Authority: DE
Inventors: Bernd Fries
Original assignee: Demag Kunststofftechnik Zweigniederlassung der Demag AG
Current assignee: Demag Kunststofftechnik Zweigniederlassung der Demag AG
Priority date: 1973-09-14
Filing date: 1973-09-14
Publication date: 1975-03-27
Also published as: GB1468287A; FR2243796A1; ATA643574A; FR2243796B1; IT1021357B; CH591319A5; US3936036A; NL7410767A

Description

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PATENTANWALT E

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Firma DMAG Kunststofftechnik GmbH, 85 Nürnberg, Rennweg

Mischvorrichtung für die formgebende Verarbeitung von sich aus mehreren, vorzugsweise flüssigen Komponenten bildenden Kunststoffen

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für die formgebende Verarbeitung von sich aus mehreren, vorzugsweise flüssigen Komponenten bildenden Kunststoffen, insbesondere zellbildenden Kunststoffen, mit mehreren in eine Mischkammer für die Komponenten .unter Druck fördernden Düsen, deren Achsen einen Winkel miteinander bilden. Eine solche Mischvorrichtung ist in der Offenlegungsschrift 2 112 535 beschrieben. Hinsichtlich der Ausbildung der Mischkammer und der Düsenbohrungen stellt die vorliegende Erfindung eine Weiterbildung der bekannten Mischvorrichtung dar.

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Gegenüber der Vermischung der den zu verarbeitenden Kunststoff bildenden Komponenten nach dem bei einer anderen bekannten Mischvorrichtung für denselben Zweck verwirklichten Prinzip der Gegenstrominjektion bringt die Mischvorrichtung nach der vorgenannten Offenlegungsschrift, bei der die Düsen in einem Winkel von beispielsweise etwa 60° zueinander angeordnet sind, wesentliche Vorteile mit sich. Abgesehen von der mit der Gegenstrominjektion verbundenen Gefahr der Verwirbelung der Mischung und der dadurch bedingten Strukturbeeinträchtigung, kann der Mischeffekt sehr leicht durch Verunreinigungen und andere sich im Sinne einer Ablenkung der Strahlen auswirkende Einflüsse beeinträchtigt werden. Diese Nachteile besitzt die Mischvorrichtung nach der genannten Offenlegungsschrift nicht. Dennoch erscheint es aufgrund der mit dieser Mischvorrichtung in der Praxis gewonnenen Erfahrungen wünschenswert, sie in verschiedener Hinsicht zu verbessern. Dies betrifft einmal eine weitere Vervollkommnung der Vermischung der einzelnen Komponenten. Zum anderen wird angestrebt, ein Anlegen der noch nicht miteinander vermischten Komponenten auf der Wandung der Mischkammer zu vermindern, so dass keine Notwendigkeit zu einer Säuberung der Mischvorrichtung in gewissen Zeitabständen besteht.

Zur Lösung· der sich hieraus ergebenden Aufgabe schlägt die Erfindung zunächst eine Änderung der Ausbildung der Mischkammer gemäss der Offenlegungsschrift 2 112 535 vor. Bei

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dieser Kammer sind die in Strahlrichtung liegenden, einen stumpfen Winkel miteinander bildenden und dementsprechend auch verhältnismässig flach verlaufenden Wandungsabschnitte so angeordnet, dass die aus den Düsen austretenden Materialstrahlen vor ihrer Vermischung auf die Wandung der Mischkammer auftreffen. Dort bilden sich aus den einzelnen Komponenten Flüssigkeitsfilme, die zufolge der Neigung der Wandungsabschnitte aufeinander zu fliessen und sich dann miteinander vermischen. Demgegenüber ist die bei der erfindungsgemässen Mischvorrichtung vorgesehene Mischkammer so ausgebildet, dass die Vermischung der einzelnen Komponenten bereits vor dem Auftreffen auf die Mischkammerwandung stattfinden kann.Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass sich der Mischkammerraum bis hinter den Schnittpunkt der Achsen der Düsenbohrungen erstreckt. Um das Mischkammervolumen trotzdem möglichst gering zu halten, kann sich der untere Bereich des Mischkammerraumes zum Boden hin stetig verjüngen. Dabei erweist es sich als zweckmässig, dass der untere Bereich des Mischkammerraumes eine in der Ebene der Düsenachsen liegende Querschnittsfläche besitzt, welche die Form eines gleichschenkeligen Dreieckes mit unterhalb des Schnittpunktes der Düsenachsen liegender Spitze hat, wobei der Winkel an der Dreieckspitze demjenigen zwischen den Düsenachsen entspricht. Dieser Winkel liegt zweckmässig zwischen 50 und 70°, vorzugsweise bei etwa 60°. Im Sinne einer Kleinhaltung des

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Mischkammervoluinens wirkt sich weiterhin aus, dass die Spitze der dreieckigen Querschnittsfläche unmittelbar unterhalt) des Schnittpunktes der Achsen der Düsenbohrungen liegt.

Im Gegensatz zu den Verhältnissen, wie sie in der in der Offenlegungsschrift 2 112 535 beschriebenen Mischkammer vorliegen, wird bei der erfindungsgemässen Mischkammer die kinetische Energie der Materialstrahlen voll bzw. optimal für die Vermischung der Komponenten ausgenutzt. Ein Anlegen der noch nicht miteinander vermischten Komponenten an der Mischkammerwandung wird durch die Erfindung wirksam vermieden. Dazu trägt auch der im Vergleich zu der bekannten Mischkammer sehr viel steilere Verlauf der bodenseitigen Wandungsabschnitte der Kammer bei. Eine etwaige Ablenkung der Strahlen aus der Achsrichtung der Düsenbohrung, wie sie beispielsweise durch in dem Material vorhandene Verunreinigungen auftreten kann, bringt bei der erfindungsgemässen Mischkammer keine ins Gewicht fallende Verschlechterung des Mischeffektes mit sich, da sich in jedem Falle ein Schnittpunkt zwischen den Strahlen ausbilden kann.

Um den Schnittpunkt der Materialstrahlen so eng begrenzt wie möglich zu halten und auch dadurch eine intensive und gleichmässige Vermischung der Komponenten zu erreichen, ist in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgesehen, dass

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der Öffnungswinkel der kegel- bzw. kegelstumpfförmig ausgebildeten Abschnitte der Dlisenbohrungen so reduziert ist, dass die aus den Bohrungen austretenden Materialstrahlen eine im wesentlichen laminare Strömungscharakteristik aufweisen. Zu diesem Zwecke liegt der Öffnungswinkel der Bohrungen zweckmässig zwischen 15 und 20°. Dadurch wird eine zu starke Auffächerung des Strahles, wie sie noch bei den in der Offenlegungsschrift 2 112 535 beschriebenen Düsenkörpern auftritt, vermieden; hierbei liegt der öffnungswinkel der Düsenbohrungen bei etwa 60°.

Zur Abführung der aus den Komponenten gebildeten Mischung aus der Mischkammer ist bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ein mit der Kammer in offener Verbindung stehender Sammelraum vorgesehen, der vor dem Schnittpunkt der Achsen der Düsenbohrungen liegt und die Mischkammer umschliesst. Der Sammelraum wirkt auf diese Weise gleichermassen als Überlaufrinne der Kammer, wodurch die Mischung schnell aus der Mischzone herausgeführt wird und ohne Aufwirbelung in den Anschlusskanal abfliessen kann.

Es versteht sich, dass die erfindungsgenässe Mischvorrichtung hinsichtlich ihrer übrigen, vorstehend nicht im einzelnen beschriebenen Gestaltung der in der Offenlegungsschrift 2 112 535 beschriebenen Mischvorrichtung entspre- · chen. und auch mit der dort im einzelnen beschriebenen

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Angussvorrichtung kombiniert werden kann. Dies gilt insbesondere für die Ausbildung und Betätigung der Düsennadeln sowie die Anpassung der Misch- und Angussvorrichtung zueinander.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschrieben, das weitere Einzelheiten einer vorzugsweisen Mischkammerausbildung veranschaulicht.

Es zeigen:

Figur 1 einen Vertikalschnitt durch die Mischvorrichtung;

Figur 2 einen massstäblich vergrösserten, im wesentlichen nur die Mischkammer, den Sammelraum und die Düsenbohrungen erfassenden Ausschnitt aus Figur 1 und

Figur 3 einen Schnitt nach Linie III-III der Figur 2.

Die in Figur 1 gezeigte Mischvorrichtung ist in an sich bekannter Weise (vgl. z.B. OS 2 112 535) an dem Formwerkzeug der Giessmaschine befestigt. Die flüssigen Komponenten, die durch chemische Umsetzung in der Form den zu verarbeitenden

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Kunststoff bilden, werden der Mischvorrichtung über die Leitungen 1 bzw. 2 unter Druck zugeführt. Aus diesen gelangen sie in die insgesamt mit 3 bzw. 4 bezeichneten Düsenkörper, die vorteilhaft in einer Ebene liegen und so zueinander angeordnet sind, dass ihre Achsen einen Winkel miteinander bilden. Dieser ist im Einzelfall so bemessen, dass das Volumen der insgesamt mit 5 bezeichneten Mischkammer trotz der von der Erfindung gestellten Forderung, dass sich der Mischkammerraum bis hinter den Schnittpunkt der Achsen der Düsenbohrungen erstreckt, möglichst klein-gehalten wird. In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt dieser Winkel etwa 65°.

Die Mischkammer 5 wird durch zwei übereinanderliegende und mit ihrer Basisfläche einander zugekehrte Räume 5',5" gebildet, welche in der Ebene der Achsen a, b der Düsenkörper eine Querschnittsfläche besitzen, welche die Form eines gleichschenkeligen Dreieckes hat. Die Räume 5¹» 5¹' können also konusförmig oder dachförmig ausgebildet sein. Bei dem in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist die Basisfläche des oberen Raumes 5¹¹ grosser als die des unteren Raumes 5¹. Dadurch ergibt sich eine randseitige Absetzung des oberen Raumes 5¹¹ gegenüber dem unteren Raum 5¹. Im Bereich dieser Absetzung liegt der Abfluss 6 für die in der Kammer 5 gebildete flüssige Mischung zu einem ringförmig ausgebildeten Sammelraum 7» der

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mit dem Angusskanal 8 (Figur 3) in Verbindung steht. An der Bildung des Angusskanales 8 nimmt das Bauteil 9 teil, in welchem der untere Raum 5¹ der Mischkammer und der Sammelraum 7 untergebracht ist. Der obere Raum 5¹¹ der Mischkammer und die übrigen Teile der Mischvorrichtung, insbesondere die Düsenkörper und die für den Antrieb und die Steuerung der Düsennadeln 10, 11 benötigten Einrichtungen, befinden sich in dem insgesamt mit 12 bezeichneten Bauteil. In der der in Figur 2 eingezeichneten Schnittlinie III-III entsprechenden Teilungsebene zwischen den Bauteilen 9 und 12 liegt somit der vorerwähnte Abfluss aus der Mischkammer 5 in den Sammelraum 7 und der Übergang von dem Konusraum 5^f# zu dem Konusraum 5¹ der Mischkammer.

Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich, erstreckt sich der untere Konusraum 5¹ der Mischkammer soweit nach unten bzw. in das Bauteil 9 hinein, dass sich die Achsen a und b der Düsenbohrungen 13, 14 noch innerhalb der Mischkammer schneiden (vgl. Schnittpunkt c). Um das Mischkammervolumen trotzdem möglichst gering zu halten, soll der tiefste Punkt der Mischkammer möglichst nur wenig unterhalb des Schnittpunktes c liegen. Damit sich an diesem Schnittpunkt eine möglichst eng begrenzte Mischungszone ausbildet, ist der öffnungswinkel der kegel- bzw. kegelstumpfförmig ausgebildeten Abschnitte 13', 14· möglichst klein gehalten (die untere Grenze des Winkels wird durch die Vermeidung einer

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Verstopfung bestimmt), so dass die aus den Düsen in die Mischkammer austretenden Materialstrahlen möglichst wenig aufgefächert sind und sich eine im wesentlichen laminare Strömungscharakteristik in den Materialstrahlen ausbilden kann. Bei der Darstellung in Figur 2 beträgt der vorerwähnte Winkel ca. 20°. Aus der^ Figur 2 ist weiterhin ersichtlich, dass der Winkel °c zwischen den Düsenachsen a und b dem Winkel ex am Boden des Mischkammerraumes 5^f entspricht.

Die übrigen aus Figur 1 erkennbaren Teile der Mischvorrichtung sollen nachfolgend nur kurz beschrieben werden, da sie nicht zur Erfindung gehören.

Zwecks Veränderung bzw. Einstellung der Strahlaustrittsquerschnitte in die Mischkammer 5 ist ein stufenlos verstellbarer Anschlag für den Hub der Düsennadeln 10, 11 in den Düsenkörpern 3, 4 vorgesehen. Je nach Öffnungshub ergibt sich damit eine mehr oder weniger grosse Querschnittsfläche der Kegelspalten, welche durch die Düsennadeln und die kegelstumpfförmig ausgebildeten Abschnitte 13', 14' der Düsenbohrungen 13, 14 gebildet werden. Durch diese .. Einstelleinrichtung können die Strahlaustrittsimpulse in einfacher Weise den verschiedenen Fördermengen und Dichten der jeweils zur Verwendung gelangenden Mischungskomponenten angepasst werden. Für die jeweilige Einstellung

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der Jeweiligen Querschnittsfläche für den Strahlaustritt kann ein mechanisch-elektrisches, mechanisch-pneumatisches oder mechanisch-hydraulisches System vorgesehen sein. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird beispielsweise ein hydraulisch betätigtes Kipp-hebelsystem eingesetzt, wonach auf der etwa dachförmigen Oberfläche des Bauteiles 12 der Mischvorrichtung zwei Kipphebel 15, 16 bei 17 bzw. 18 schwenkbar gelagert sind. Der Kipphebel 15 steht dabei über einen Druckbolzen 19 mit der Düsennadel 10 des Düsenkörpers 3 in Wirkverbindung, während der andere Kipphebel 16 über einen Druckbolzen 20 auf die Düsennadel 11 des Düsenkörpers 4 einwirkt. Betätigt werden der Kipphebel 15, 16 und damit auch die Druckbolzen 19, 20 und die Düsennadeln 10, 11 vermittels eines Kolbens 21, der in dem Bauteil 12 der Mischvorrichtung in vertikaler Richtung verschiebbar geführt ist und über eine Zuleitung 22 mit Druck beaufschlagt werden kann. Gegebenenfalls nach rückwärts gelangende Leckmengen der Mischungskomponenten können über die Leitungen 23, 24 abgeführt werden, aus denen sie in die Auffangbehälter 25, 26 gelangen.

Der Funktionsablauf für einen Arbeitszyklus ist wie folgt: Es wird davon ausgegangen, dass die Dosierpumpen zu fördern beginnen und den an einem Druckventil eingestellten Druck im Leitungssystem über die Zuführleitungen 1, 2 bis hin zu den Düsenbohrungen 13, 14 aufbauen. Zu diesem ZeIt-

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punkt sind die Düsenbohrungen noch durch die Düsennadeln 10, 11 verschlossen. Bewirkt wird dies dadurch, dass der Kolben 21 über die Zuleitung 22 mit Druck beaufschlagt ist, wodurch die Düsennadeln über die Kipphebel 15, 16 und die Druckbolzen 19, 20 dichtend gegen die Düsenbohrungsabschnitte 13', 14· gepresst werden. In dieser Phase steht die Mischkammer 5 -über den Sammelraum 7 und den Angusskanal 8 in offener Verbindung mit dem Hohlraum des Formwerkzeuges. Der. in diesem Leitungssystem angeordnete, jedoch im einzelnen nicht gezeigte Verschlussschieber befindet sich dann in seiner Öffnungsstellung.

Nachdem sich in den Druckleitungen der einzelnen Komponenten der gewünschte Druck aufgebaut hat, wird der Kolben um einen bestimmten, jeweils einstellbaren Betrag entlastet. Da beide Kipphebel 15, 16 vom Kolben 21 betätigt werden, öffnen sich die Düsennadeln 10, 11 durch den Druck der Komponenten gleichzeitig bis zum vorgesehenen Endlagenhub. Nun beginnt*das Ausströmen der flüssigen Komponenten aus den Düsenbohrungen 13, 14 in den Mischraum 5 der eigentliche Mischvorgang, der vorteilhaft durch ein Zeitglied begrenzt wird. Von der Mischkammer 5 aus gelangt die flüssige Mischung über den Sammelkanal 7 und den Angusskanal 8 in den Formhohlraum. Wenn sich die vorgesehene Materialmenge, also nach dem Ablauf der Misch- und Dosierzeit, im Formhohlraum befindet, wird der Absperrschieber in seine

*durch

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Schliessstellung gebracht, während die Düsennadeln 10, 11 der Düsenkörper 3, 4 synchron verschliessen. Ebenfalls zu diesem Zeitpunkt werden die Dosierpumpen ausgeschaltet und dann mit allen Material Zuführungsleitungen zwischen den Pumpen und der Mischvorrichtung entlastet.

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Claims

Patent-(Schutz-)Ansprüche:

1. ) Mischvorrichtung für die formgebende Verarbeitung von

sich aus mehreren, vorzugsweise flüssigen Komponenten bildenden Kunststoffen, insbesondere zellbildenden Kunststoffen, mit mehreren in eine Mischkammer für die Komponenten unter Druck fördernden Düsen, deren Achsen einen Winkel miteinander bilden, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Mischkammerraum (5) bis hinter den Schnittpunkt (c) der Achsen (a, b) der Düsenbohrungen (13, 14) erstreckt.

2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel der kegel- bzw. kegelstumpf förmig ausgebildeten Abschnitte (13'» 14·) der Düsenbohrungen (13, 14) so reduziert ist, dass die aus den Düsenbohrungen austretenden Materialstrahlen eine im wesentlichen laminare Strömungscharakteristik, aufweisen.

3. Mischvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der öffnungswinkel der Düsenbohrungen zwischen 13 und 20° liegt.

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4. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkammerraum (5) einen unteren Bereich (5¹) besitzt, der sich zum Boden hin stetig verjüngt.

5. Mischvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Bereich (5') des Mischkammerraumes (5) eine in der Ebene der Düsenachsen liegende Querschnittsfläche besitzt, welche die Form eines gleichschenkeligen Dreieckes mit unterhalb des Schnittpunktes (c) der Düsenachsen (a, b) liegender Spitze hat, wobei der Winkel (cO an der Dreieckspitze demjenigen zwischen den Düsenachsen entspricht.

6. Mischvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze der dreieckigen Querschnittsfläche unmittelbar unterhalb des Schnittpunktes der Achsen der Düsenbohrungen liegt.

7. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abführung der aus den Komponenten gebildeten Mischung aus der Mischkammer (5) ein mit dieser in offener Verbindung stehender Sammelraum (7) vorgesehen ist, der vor dem Schnittpunkt (c) der Achsen (a, b) der Düsenbohrungen (13, 14) liegt und die Mischkammer (5) umschliesst.

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8. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfluss

(6) von der Mischkammer (5) zum Sammelraum (7) in einer Teilungsebene (III-III) des Mischkammerraumes liegt, beidseits derer der Mischkammerraum eine unterschiedliche Form besitzt, wobei die in der Teilungsebene liegende Basisfläche des oberen Raumes (5¹¹) in den die Düsenbohrungen (13, 14) einmünden, einen seitlich über die in der Teilungsebene liegende Basisfläche des unteren Raumes (5¹) hinausragenden Bereich aufweist, welcher den Abfluss (6) zum Sammelraum (7) aufnimmt.

9. Mischvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beidseits der Teilungsebene (III-III) liegenden Mischkammerräume (5¹, 5") in verschiedenen Bauteilen (9, 12) ausgebildet sind und der Sammelraum

(7) in dem den unteren Mischkammerraum (5¹) aufnehmenden Bauteil (9) untergebracht ist.

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