DE2339384A1 - Vorrichtung zum dosieren von zwei reaktions- und fliessfaehigen komponenten in eine mischkammer - Google Patents

Description

Bayer Aktiengesellschaft

Zentralbereich Patente, Marken und Lizenzen

509 Leverkusen, Bayerwerk

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Vorrichtung zum Dosieren von zwei reaktions- und fließfähigen Komponenten in eine Mischkammer.

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Dosieren von zwei reaktions- und fließfähigen Komponenten über Rohrleitungen in eine Mischkammer, bestehend aus zwei Dosierzylindern mit Zu- und Ablauf und zugehörigen Dosierkolben.

Derartige Vorrichtungen dienen der Herstellung von Mischungen, aus denen unmittelbar Formteile aus Kunststoff hergestellt werden. Je nach Art der Ausgangskomponenten und geeigneten Zusätzen kann man Formteile aus Homogenstoffen, Schaumstoffen oder Integralschaumstoffen herstellen, die eventuell Füllstoffe wie anorganische oder organische Fasern, Ton, Glimmer usw. enthalten. Als Ausgangsstoffe zum Herstellen von homogenen oder zellförmigen Polyurethanen finden als erste Hauptkomponente beispielsweise Verwendung mindestens zwei Hydroxylgruppen aufweisende Polyhydroxyverbindungen vom Molekulargewicht 62 bis 10000, vorzugsweise 62 bis 5000; z.B. mindestens zwei, in der Regel zwei bis acht, vorzugsweise aber zwei Hydroxylgruppen aufweisende Polyester, Polyäther, Polythioäther, Polyacetale, Polycarbonate, Polyesteramide. Die zweite Hauptkomponente besteht vornehmlich aus aliphatischen, cycloaliphatische^ ar-

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aliphatischen und aromatischen Polyisocyanaten. Insbesondere benutzt man die technisch leicht zugänglichen Polyisocyanate, z.B. das 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren und Polyphenyl-polymethan-polyisocyanate. Außerdem lassen sich mit solchen Vorrichtungen sogenannte Zweikomponentenharze, wie Polyesterharze und Epoxidharze usw. verarbeiten.

Im allgemeinen bedient man sich dabei Vorrichtungen, die Dosierpumpen aufweisen und vorzugsweise unter höheren Drücken die Komponenten in eine Mischkammer einspritzen, bevor sie von dort in ein Formwerkzeug gelangen. Die Dosierung erfolgt hierbei durch Zeitabhängigkeit, indem die Pumpen solange die Mischkammer beschicken, bis die erforderlichen Komponentenmengen im Durchlauf vermischt und in dem Formhohlraum eingebracht sind. Da es sich um Pumpen mit mehreren Kolben handelt, müssen hohe Hubfrequenzen angewendet werden, um eine pulsierende Förderung zu vermeiden. Höherviskose Stoffe lassen sich nur schlecht fördern. Insbesondere beim Herstellen kleiner Formteile ist das Verhältnis der Gesamtmenge zu einer eventuellen Fehlermenge ungünstig. Das gleichzeitige Dosieren von Füllstoffen ist mit dieser Vorrichtungsgattung aus Verschleißgründen nur bei Verwendung sehr feinkörniger Füllstoffe möglich.

Bekannt sind auch Dosiergeräte mit zwei oder mehr Verdrängerkolbenpumpen, die über ein gemeinsames drehbares Joch angetrieben werden und im Dosierungsverhältnis zueinander verstellt, werden können. Bei diesen Geräten ist die Dosierung füllstoffhaltiger und höherviskoser Rohstoffe über einen Teil des Kolbenhubes zur Füllung von Formwerkzeugen möglich, bisher allerdings nur bei niederen Drücken und unter Verwendung von Rührwerksmischkammern.

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Aufgate der vorliegenden Erfindung ist ee, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine genaue volumetrische Dosierung bei pulsationsfreier Förderung zur Mischkammer gewährleistet. Auch höherviskose Komponenten, gegebenenfalls sogar zusammen mit darin enthaltenen Füllstoffen, sollen sowohl unter niederen als auch unter höheren Drücken dosierbar sein. Die Vorrichtung soll eine kurze Baulänge aufweisen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durcht

a) ein Gehäuse mit Führungen für eine hydraulische Kolben-Zylindereinheit wobei der Zylinder im Gehäuse längsbeweglich geführt ist, während der Kolben koaxial am Gehäuse befestigt ist.

b) einen Antrieb für die hydraulische Kolben-Zylindereinheit;

c) einen ersten Dosierkolben, der koaxial an dem hydraulischen Zylinder befestigt ist und mit einem ersten Dosierzylinder korrespondiert, der eine Aus- und Einlaßöffnung aufweist;

d) einen zweiten Dosierzylinder mit einer Ein- und Auslaßöffnung, der starr mit dem Gehäuse verbunden ist und einen zweiten Dosierkolben, der starr und koaxial zum zweiten Dosierzylinder am anderen Ende des hydraulischen Zylinders über ein Zwischenstück befestigt ist;

e) wenigstens einen Differnzdosierkolben, der einstellbar ist und in eine Bohrung des zweiten Dosierkölbens hineinragt, wobei diese Bohrung einen Teil des Dosierraumes des zweiten Dosierzylinders darstellt.

Dadurch wird eine volumetrisch genaue Dosierung erreicht. Von besonderem Vorteil ist die koaxiale Anordnung der beiden Dosierkolben, denn bei den oft hohen Förderdrücken treten bei dieser Ausführungsform keine Kippmomente auf. Die Dichtungen

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werden deshalb weniger beansprucht. Ebenso werden Kolben- und Zylinderwandungen geschont. Die Kolben sind als Verdrängerkolben ausgebildet und haben zur Zylinderwandung erhebliches Spiel, so daß bei füllstoffhaltigen Komponenten einerseits kein Verschleiß der Wandungen durch Abrasion auftreten kann und andererseits die Füllstoffe nicht zerquetscht werden und zusätzlich die Dosierung höherviskoser Stoffe möglich wird. Alle diese Vorteile treten besonders hervor, je höher man die Arbeitsdrücke oder je größer man die Kolbenfläche wählt, sowie bei extrem hohem Verhältnis von Kolbendurchmesser zu Kolbenlänge. Die Baulänge ist vorteilhaft kurz. Das Mengenverhältnis der Komponenten läßt sich durch Verstellung des DLfferenzdosierkolbens beliebig ändern.

Vorzugsweise ist gemäß einer Weiterbildung der erfindun^sgemäßen Vorrichtung eine Umschalteinrichtung für Dosieren und Rücklauf nebst Rücklaufleitungen vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform arbeitet die Dosiervorrichtung dauernd mit Maximalhub. Mittels der auf die notwendige Dosiermenge eingestellten Umschalteinrichtung wird kurz nach Beginn des Förderhubes aus der Rücklaufstel lung in Dosierstellung und mit Beendigung des Dosiervorganges auf Rücklauf umgeschaltet, so daß die restliche Fördermenge in die Vorratsgefäße zurückgedrängt wird. Die Umschaltvorrichtung besteht aus Hubbegrenzungselementen, die mit den üffnungs- und Schließvorrichtungen in den Zuleitungen der Mischvorrichtung gekoppelt sind. Dadurch wird ein synchrones öffnen und Schließen dieser Organe mit dem Beginn und Ende des Dosierhubes ermöglicht. Das Nachlaufen einer Komponente, das unerwünschte Fehlerstellen an den Fertigteilen verursacht, ist durch diese Zwangssteuerung vermieden.

Nach einer alternativen Ausführungsform sind der Antriebsvorrichtung einstellbare Hubbegrenzungselemente zugeordnet. Sie bestehen beispielsweise aus einer Kulisse, Nocken oder dergleichen und einem Schaltkontakt, und bewirken ein Umsteuern der Laufrichtung des Antriebsmotors oder eines Umschaltventils.

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Die Hubweite kann hierbei genau der geforderten Dosiermenge angepaßt werden.

Nach einer weiteren besonderen Ausführungsform ist für jede Komponente eine Förderpumpe zwischen Vorratsbehälter und Absperrschieber vorgesehen. Dadurch wird erreicht, daß auch während des Stillstandes der Vorrichtung die Komponenten umlaufen können. Dabei wird die Temperatur konstantgehalten und das Absetzen von Füllstoffen verhindert.

Vorzugsweise ist für Rücklaufförderung eine by-pass-Leitung vorgesehen, die in die Rücklaufleitung mündet. Dadurch können die

Komponenten auch bei geschlossenen Schiebern die in den Zuleitungen zu den Dosierkolben angeordnet sind, in Umlauf gehalten werden.

In einer Zeichnung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Ausführungsbeispiel rein schematisch dargestellt und nachstehend näher erläutert. Dabei ist die eigentliche erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt gezeigt, während die zugehörigen Aggregate der Gesamtanlage schaltbildartig wiedergegeben sind. Es zeigen :

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel und Fig. 2 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig»

In Fig. 1 besteht ein Dosieraggregat4aus einem Gehäuse 2 mit Führungen 3 für eine hydraulische Kolben-Zylindereinheit 4. Ihr beidseitig beaufschlagbarer Kolben 5 ist mit seiner Stange 6 an einer radialen Wandung 7 des Gehäuses 2 starr befestigt. Die Druckräum· θ und 9 des Zylinders 10 sind mit Sin- und Auslaßöffnungen 11, 12 versehen. An der rechten Stirnseite des Zylinders 10 ist ein Dosierkolben 13 koaxial befestigt und arbeitet in einem Dosierzylinder 14, der mit einer Ein- und Außlaßöffnung 15 versehen und in einer Verlängerung des Gehäuses 2 angeordnet ist. Die linke Stirnseite des Zylinders 10, durch die die Kolben-

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stange 6 hindurchgeführt ist, trägt ein Zwischenstück, bestehend aus Stangen 16, die in Bohrungen 17 der radialen Gehäusewandung 7 geführt sind und einer radial angeordneten Platte 18, wobei die Stangen 16 einerseits an der linken Stirnseite des Zylinders 10 und andererseits an der Platte 18 befestigt sind. Die radiale Gehäusewandung 7 trägt auf der dem Kolben 5 abgewandten Seite einen zweiten Dosierzylinder 19 mit Zu- und Ablauf 20. Der Dosierzylinder 19 wirkt mit einem Dosierkolben 21 zusammen. Dieser Dosierkolben 21 weist eine Bohrung 22 auf, in der ein Differenzdosierkolben 23 geführt ist. Er ist mit einem einstellbarem Anschlagbund 24 versehen. Dieser ist mit einer Stellmutter 25 an der Platte 18 fixiert, so daß der Differenzdosierkolben 23 nicht aus der Bohrung 22 heraus kann.

Jedem Druckraum 8,9 ist ein Zu- und Ablauf 11 bzw. 12 zugeordnet. Diese sind mit einem Umschaltventil 28 verbunden. Das Umschaltventil 28 bildet zusammen mit einem Antriebsmotor 29 und einer Hydraulikpumpe 30 und ggf. einem hydraulischen Druckspeicher eine hydraulische Antriebsvorrichtung 31. Ein Absperrschieber 32 ist in einer von einem Vorratsgefäß (nicht dargestellt) zu einer Mischvorrichtung 33 führenden Förderleitung 34 angeordnet. Eine Zweigleitung 35 verbindet die Förderleitung 34 mit dem Zu- und Ablauf 15 des Dosierzylinders 14. Die Mischvorrichtung 33 enthält eine Mischkammer 36, in die die Förderleitung 34 einmündet. Unmittelbar vor der Einmündung ist ein Absperrschieber 37 angeordnet. Vom Zu- und Ablauf 20 des Dosierzylinders 19 führt eine Zweigleitung 33 ab und mündet in eine von einem zweiten VorratsgefäS (nicht dargestellt) kommende Förderleitung 40. Vor der Einmündung der Zweigleitung 38 ist ein Absperrschieber 39 in der Förderleitung 40 vorgesehen. Die Förderleitung 40 führt in die Mischvorrichtung 33. Unmittelbar vor der Mündung in die Mischkammer 36 ist ein Absperrschieber 41 angeordnet. Die Absperrschieber 37 une 41 sind mittels einer

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gemeinsamen hydraulischen Stellvorrichtung 42 synchron ■betätigbar. Die Betätigung erfolgt über einstellbare Hubbegrenzungsaelemente, die aus einer Kulisse 43 und einem darauf ansprechenden Schaltkontakt 44, der unmittelbar auf einen Schieber 45 der hydraulischen Stellvorrichtung 42 einwirkt, bestehen. Die Kulisse 43 ist entsprechend der gewünschten Hublänge in ihrer Länge einstellbar und besteht deshalb aus zwei nebeneinander angeordneten und gegeneinander· längsverstellbaren Einzelstücken. Sie sind über einen Halter 46 an dem Zylinder 10 befestigt.

Die Vorrichtungsteile 37, 41, 42, 43, 44, 45 bilden im wesentlichen eine Umschaltvorrichtung für Dosieren und Rücklauf. Die Rücklaufleitungen sind mit 47 und 48 bezeichnet.

In Fig. 2 ist die Vorrichtung zusätzlich mit Förderpumpen 49, 50 in den Leitung 34,40 versehen. Die Zuführung der Komponenten erfolgt über die Schieber 32,39 die Zuleitung 35,38 und die Einlasse 15,20. Der Ablauf aus den Dosierzylindern 14,19 geschiet über Auslässe 51,52 und Verbindungsleitungen 53,54 die in Schieber 37,41 münden. Zwischen den Schiebern 32,39 und den Förderpumpen 49,50 zweigen jeweils by-pass-Leitungen 55,56 ab, die in die Rücklaufleitungen 47,48 münden und Ventile 57,58 enthalten«

Die Betriebsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 ist folgende :

Zunächst befinden sich die Dosierkolben 13, 21 und 23 in der gezeichneten Stellung. Die hydraulische Stellvorrichtung 42 hält die Absperrschieber 41 und ^(^geschlossen, während die Γ Absperrschieber 32 und 39 geöffnet sind. Die Komponenten strömen von den Vorratsgefäßen über die Leitungen 34 und 35 bzw. 40 und 38 in die Dosierzylinder 14 und 19 solange der Dosierkolben 13 und der Dosierkolben 21 einen Saughub ausführen.

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Die Kulisse 43 ist auf die gewünschte Hubgröße für die Dosierung eingestellt.'Am Ende des Saughubes befinden sich die Dosierkolben 13 und 21 in der anderen Endstellung. Das Umschaltventil 28 wird nun umgeschaltet, so daß der Druckraum 9 beaufschlagt wird. Der Zylinder 10 wird nun zusammen mit den damit verbundenen Teilen wieder nach rechts in die dargestellte Stellung geschoben, wobei die Komponenten aus den Dosierzylindem 14 und 19 verdrängt werden und bei geschlossenen Absperrschiebern 32 und W über die Leitungen 35 und 34 bzw. 38 und 40 zur Mischvorrichtung 33 gelangen. Gleichzeitig wird der Schieber 45 mittels der Kulisse 43 und dem Schaltkontakt 44 betätigt, so daß die hydraulische Stellvorrichtung 42 die Absperrschieber 37 und 41 öffnen kann. Die Eindosierung in die Mischkammer 36 dauert solange, wie der Schaltkontakt 44 von der Kulisse 43 betätigt wird. Dann schaltet die hydraulische Stellvorrichtung 42 die Absperrschieber 37 und 41 auf Rücklauf und die überschüssige Fördermenge der Komponenten gelangt über die Rücklaufleitungen 47 und 48 zurück in die Vorratsgefäße für die Komponenten. Der Differenzdosierkolben 23 ist hierbei nicht wirksam geworden. Eine Differenzdosierung erfolgt bei seiner Befestigung in der Aufnahmevorrichtung 26 der Platte 27. Hierbei wird die Dosiermenge des Kolbens 21 um die von dem arretierten Differenzdosierkolben 23 verdrängte Dosiermenge reduziert.

Die Vorrichtung nach Fig. 2 wird wie folgt betrieben: Die flüssigen Komponenten werden von Förderpumpen 49, 50 in Kreislaufsteilung aus den Vorratsbehältern angesaugt und über die Absperrschieber 32, 39, die Rohrleitungen 35, 38 und die Zuläufe 15, 20 in die Dosierzylinder 14, 19 dosiert. Von dort aus fließen die Komponenten über die Ausläufe 51, 52 und die Verbindungsleitungen 53,54 zum Mischkopf 33 und über die Leitungen 47, 48 zurück zu den Behältern. Bei geschlossenen Schiebern 32, 39 werden die von den Förderpumpen 49,50 geförderten Mengen über

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I nachträglich geändert

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by-pass-Leitungen 55,50 mit Ventilen 57,5$~~zurück zu den Vorratsbehältern transportiert. Der Öffnungsdruck der Ventile 57,58 liegt höher als der Kreislaufdruck. Die Austragsieistung (in 1/sec) der Förderpumpen 49,50 sollte bei dieser Anordnung wesentlich geringer sein als die maximale Dosierleistung (in 1/sec) der Dosierzylinder 14,19. Je kleiner die Austragsleistung der Pumpen 49,50, um so niedriger ist hier auch der Kreislaufdruck, der vornehmlich durch die Düsenquerschnitte im Mischkopf 36 bestimmt wird. In dieser Anordnung können solche Förderpumpen 49,50 in besonders vorteilhafter Weise auch als Antriebspumpen für den Saughub des Kolbendosiergerätes verwendet werden, wobei die Kolben-Zylindereinheit 4 hydraulisch entlastet ist. Der durch die Förderpumpen 49,50 aufgebaute hydraulische Druck beaufschlagt die Stirnflächen der Dosierkolben 13 und Diese werden von der unteren (dargestellten) in die obere Totpunktlage bewegt. Die Dosierzylinder 14 und 19 werden also unter leichten Überdruck gefüllt. Es kann hier auch bei hohen Viskositäten und hohen Ausstoßmengen nicht zu den bei schnelllaufenden Kolbenpumpen gefürchteten Ansaugschwierigkeiten kommen.

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Claims (5)

1. Patentansprüche:

   1J Vorrichtung zum Dosieren von zwei reaktions- und fließ- ^ fähigen Komponenten über Rohrleitungen in eine Mischkammer, bestehend aus je einem Dosierkolben mit Dosierzylinder, die mit Zu- und Ablauf versehen sind, gekennzeichnet durch:

   a) ein Gehäuse (2) mit Führungen (3) für eine hydraulische Kolben-ZyJLinde reinheit (4), wobei der Zylinder (10) im Gehäuse (2) längsbeweglich geführt ist, während der Kolben (5) koaxial am Gehäuse (2) befestigt ist;

   b) einen Antrieb für die hydraulische Kolben-Zylindereinheit (4);

   c) einen ersten Dosierkolben (13), der koaxial an dem hydraulischen Zylinder (10) befestigt ist und mit einem ersten Dosierzylinder (14) korrespondiert, der eine Aus- und Einlaßöffnung (15)· aufweist;

   d) einen zv/eiten Dosierzylinder (19) mit einer Ein- und Auslaßöffnung (20), der starr mit dem Gehäuse (2) verbunden ist und einen zweiten Dosierkolben (21), der starr und koaxial zum zweiten Dosierzylinder (19) am anderen Ende des hydraulischen Zylinders (10) über ein Zwischenstück (16,18) befestigt ist;

   e) wenigstens einen Differenzdosierkolben (23), der einstellbar ist und in eine Bohrung (22) des zweiten Dosierkolbens (21) hineinragt, wobei diese Bohrung (22) einen Teil des Dosierraumes des zweiten Dosierzylinders (19) darstellt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine Umschalteinrichtung ( 37» 41, 42, 43, 44. 45) für Dosieren und Rücklauf, wobei Rücklaufleitungen (47, 48) vorgesehen sind.

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3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalteinrichtung (37, 41, 42, 43, 44, 45) einstellbare Hubbegrenzungselemente (43, 44) zugeordnet sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Komponente eine Förderpumpe (49,50) zwischen Vorratsbehälter und Absperrschieber (32, 39) vorgesehen ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für Rücklaufförderung jeweils eine by-pass-Leitung (55, 56) mit Überströmventil (56, 57) vorgesehen ist, die in die Rücklaufleitung (47, 48) mündet.

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