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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
eines Artikels mit zumindest einer Polyurethanschicht, bei dem eine
Polyurethanreaktionsmischung unter Druck einer Spraydüse zugeführt wird,
die Reaktionsmischung in der Düse
beschleunigt wird, indem sie durch einen oder mehrere Kanäle geleitet
wird, in denen der Fluss der Reaktionsmischung eine minimale Querschnittsfläche erreicht,
welche senkrecht zum Fluss der Reaktionsmischung gemessen wird,
die beschleunigte Reaktionsmischung, mit einer vorbestimmten Menge kinetischer
Energie, durch eine Sprühöffnung aus
der Sprühdüse auf eine
Oberfläche
gesprüht
wird, um die erwähnte
Polyurethanschicht herzustellen und die Reaktionsmischung aushärtet.
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Ein
solches Verfahren ist in
EP-B-0
303 305 and in
EP-B-389
014 beschrieben. Im bekannten Verfahren wird eine elastomere
Polyurethanhautschicht mit einer Dicke von mehr als 0,3 mm, und
vorzugsweise einer Dicke von zwischen 0,5 und 2 mm, hergestellt,
indem eine lichtstabile Polyurethanreaktionsmischung mittels einer
luftfreien Zwei-Komponenten-Spraydüse nach
einem vorbestimmten Sprühmuster
aufgesprüht
wird. Die Reaktionsmischung wird aus der Düse insbesondere in Form eines
Films ausgesprüht,
der einen hohlen Konus definiert. Das Sprühen der Reaktionsmischung wird
kontrolliert, sodass dieser Film in Tröpfchen zerfällt, die einen mittleren volumetrischen
Durchmesser (M.V.D.), bestimmt in Übereinstimmung mit ASTM E 799-81,
von zumindest 100 μm
und vorzugsweise von zumindest 500 μm haben. Die Formoberfläche, auf
die die Reaktionsmischung gesprüht
wird, kann die Oberfläche
eines komplexen Formstücks
sein, das beispielsweise entworfen wurde, um die Haut eines Armaturenbretts
herzustellen, und insbesondere enge Hohlräume und/oder Unterschnitte
aufweist. Laut
EP-B-0
303 305 bietet das Aufsprühen der Reaktionsmischung,
sodass Tröpfchen
in der oben angeführten
durchschnittlichen Mindestgröße in einem bestimmten
Sprühabstand
gebildet werden, den Vorteil, dass die Reaktionsmischung aus variierenden Sprühabständen aufgesprüht werden
kann, ohne bedeutende Unterschiede bei Dichte oder anderen physikalischen
Eigenschaften wie der Farbe der gebildeten Schicht zu verursachen.
Dies ist natürlich
besonders wichtig, wenn die Polyurethanschicht in komplexe Formstücke mit
engen Hohlräumen
gesprüht
werden muss, sodass der Sprühabstand
nicht konstant gehalten werden kann.
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Ein
Nachteil der bekannten Verfahren, und insbesondere der darin verwendeten
Sprühdüsen, liegt
darin, dass es in der Praxis einen niedrigeren Grenzwert für die minimale
Durchflussmenge gibt, in der die Reaktionsmischung aufgesprüht werden kann.
Dieser niedrigere Grenzwert wird durch die Mindestabmessungen der
Düse bestimmt,
die in der Praxis machbar sind, und durch die minimale Durchflussmenge
der Reaktionsmischung, die zum Erhalt eines stabilen Sprühmusters
notwendig ist. Die Mindestabmessungen der Sprühdüse werden insbesondere durch
die minimalen Querschnittsflächen
der Durchflusswege der Reaktionsmischung bestimmt, die zur Vermeidung
einer Verstopfung der Düse
notwendig sind, wenn sich beispielsweise Kristalle in der hoch viskosen
Reaktionsmischung bilden. Vor allem der Querschnitt des Kanals oder
der Kanäle,
wo die Reaktionsmischung beschleunigt wird, ist entscheidend. Diese
Kanäle
definierten die minimale Querschnittsfläche des Durchflussweges durch
die Düse. Wie
dargestellt in Beispiel 1 von
EP-B-0 303 305 kann eine Düse mit 4 Nuten oder Kanälen von
0,5 × 0,5
mm im Einsatz, welcher in der Düse
angeordnet ist, um die Reaktionsmischung zu beschleunigen und die
erforderliche wirbelnde Bewegung der Reaktionsmischung im Hohlraum
der Düse
zu erzeugen, bevor sie aus der Düse
gesprüht
wird, verwendet werden, um die Reaktionsmischung in einer Durchflussmenge
von 25 g/s zu sprühen.
Wie dargestellt in Beispiel 2 können
jedoch zur Senkung der Durchflussmenge der Reaktionsmischung auf
10 g/s nur zwei Nuten oder Kanäle
im Einsatz vorgesehen werden, deren Abmessungen darüber hinaus
auf 0,3 × 0,3
mm gesenkt wurden. Es ist klar, dass das Risiko auf Verstopfung
in so engen Nuten erhöht
wird und dass die Verwendung von nur zwei Nuten eine negative Wirkung
auf die Homogenität
des Sprühmusters
haben kann.
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Um
dünnere
Polyurethanschichten und/oder Polyurethanschichten einer gleichförmigeren
Dicke aufsprühen
zu können,
insbesondere auch in engen Formhohlräumen eines komplexen Formstücks, in die
die Reaktionsmischung aus einem geringen Sprühabstand gesprüht wird,
sollte es möglich
sein, die Reaktionsmischung in einer ausreichend geringen Durchflussmenge
aufzusprühen.
Für diese
geringe Durchflussmenge sollte das Sprühmuster noch stets ausreichend
homogen und stabil sein. Darüber hinaus
sollte die geringe Durchflussmenge erreicht werden, ohne die Abmessungen
des Kanals oder der Kanäle,
in denen die Reaktionsmischung beschleunigt wird, so einzuschränken, dass
inakzeptable Verstopfungsprobleme auftreten.
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Die
durch die vorliegende Erfindung angebotene Lösung dieses Problems besteht
darin, dass der Fluss der Reaktionsmischung im Kanal oder in den Kanälen, wo
die Reaktionsmischung beschleunigt wird, eine gesamte minimale Querschnittsfläche von S
mm2 erreicht, wobei S ein Wert unter 1,0,
und vorzugsweise unter 0,9 ist, dass die Reaktionsmischung in einer
Durchflussmenge von zwischen 10 × S und 80 × S g/s aus der Düse gesprüht wird,
und dass, pro Gramm Reaktionsmischung, eine Menge von 0,05 bis 2,5
mmol eines unter Druck stehenden Gases zusammen mit der Reaktionsmischung
durch die erwähnte
Sprühöffnung aus
der Düse
gesprüht
wird, um die kinetische Energie der Reaktionsmischung zu erhöhen, die
aus der Düse
gesprüht
wird.
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Wegen
der relativ kleinen Querschnittsfläche des Kanals oder der Kanäle, wo die
Reaktionsmischung beschleunigt wird, kann die Reaktionsmischung
in einer relativ geringen Durchflussmenge aufgesprüht werden.
Diese Durchflussmenge kann durch den Zusatz des Gases zur Reaktionsmischung,
bevor die Reaktionsmischung aus der Düse gesprüht wird, weiter gesenkt werden,
da der Zusatz von unter Druck stehendem Gas die kinetische Energie
der Reaktionsmischung erhöht
und es somit möglich
macht, ein stabiles Sprühmuster
mit einer geringeren Durchflussmenge der Reaktionsmischung zu erreichen.
Im Vergleich zu den bestehenden Luftzerstäubungsdüsen oder luftunterstützten Zerstäubungsdüsen wird
das unter Druck stehende Gas nach der vorliegenden Erfindung nur
in relativ geringen Mengen zugesetzt, sodass die Tröpfchen der Reaktionsmischung
nicht zu viel kinetische Energie bekommen und die Schicht der Reaktionsmischung, die
auf die Formstückoberfläche gesprüht wird,
nicht oder zumindest nicht zu stark durch den Fluss von Gas und
Reaktionsmischung gestört
wird, der aus der Düse
gesprüht
wird. So geringe Gasmengen von sind aufgrund der Tatsache möglich, dass
die Reaktionsmischung in einer Durchflussmenge gesprüht wird,
die höher
ist als eine Mindestdurchflussmenge durch den Kanal oder die Kanäle, wo sie
beschleunigt wird.
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Ein
wesentlicher Unterschied zum in den oben beschriebenen europäischen Patenten
erläuterten
Verfahren liegt also darin, dass, anstatt nur die Reaktionsmischung
auszusprühen,
diese Reaktionsmischung zusammen mit einem unter Druck stehenden
Gas durch die Sprühöffnung aus
der Düse
gesprüht
wird. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt,
dass bei Senkung der Durchflussmenge der Reaktionsmischung durch
die Düse
ein ebenso stabiles Sprühmuster
erhalten werden kann, indem der Reaktionsmischung ein Gas zugesetzt wird,
um die geringere Menge an Reaktionsmischung auszugleichen. Mit einem
gleichen Sprühmuster
ist gemeint, dass die Tröpfchen
eine substanziell gleiche Größe haben
und mit einer substanziell gleichen Menge kinetischer Energie ausgesprüht werden.
Diese zwei Eigenschaften sind wichtig, um eine Polyurethanschicht
mit Eigenschaften erhalten zu können, insbesondere
mit einer Farbe, einer Dichte und/oder mechanischen Eigenschaften,
die substanziell vom Sprühabstand
unabhängig
sind. Nach der Erfindung ist es wesentlich, dass die Menge der Reaktionsmischung,
die pro Zeiteinheit und pro Oberflächenbereich des Kanals oder
der Kanäle
ausgesprüht
wird, sowie die Menge von unter Druck stehendem Gas, das der Düse zugeführt wird,
in einem vorbestimmten Bereich liegen. Wenn nämlich größere Mengen an Reaktionsmischung
pro Oberflächenbereich
und pro Zeiteinheit ausgesprüht
werden, kann die gewünschte
niedrige Durchflussmenge nicht erreicht werden, ohne die Größe des erwähnten Kanals
oder der erwähnten
Kanäle
so weit zu senken, dass sie entweder verstopft werden oder dass
sie in der Praxis nicht länger
hergestellt werden können.
Wenn andererseits geringere Mengen an Reaktionsmischung ausgesprüht werden,
ist zu viel Gas erforderlich, um ein stabiles Sprühmuster
zu bilden, sodass die Reaktionsmischung zu viel kinetische Energie
bekommt und/oder in zu kleine Tröpfchen
zerstäubt
wird. Bei der Herstellung einer sichtbaren Polyurethanhautschicht
werden eine derartig hohe Menge kinetischer Energie und so geringe
Tröpfchengrößen beim
Aufsprühen
aus einem variierenden Sprühabstand
zu Farb- und Dichteschwankungen führen. Auch wenn zuerst ein
so genanntes Formstückcoating
als Oberflächenschicht
auf die Formstückoberfläche aufgebracht
wurde, entstehen Probleme, wenn die Reaktionsmischung aus einem
geringen Sprühabstand
aufgesprüht
werden muss. Wegen der hohen Menge kinetischer Energie wird die
Reaktionsmischung, die auf die Formstückoberfläche gesprüht wird, durch die Kraft der
Reaktionsmischung, die gerade auf die Formstückoberfläche gesprüht wird, weggeblasen, sodass
es unmöglich
ist, eine gleichförmige
Dicke zu erreichen. Das Formstückcoating
kann durch den Aufprall der Reaktionsmischung sogar beschädigt werden,
insbesondere, wenn anstelle eines dreidimensionalen ein flaches
Sprühmuster
verwendet wird.
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Das
Aufsprühen
eines Polyurethancoatings durch Luftzerstäubung ist bereits in
US-A-3 923 253 beschrieben.
Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung wird das Polyurethanmaterial
in einem Kanal beschleunigt, genauer im ringförmigen Raum um das zylindrische
Antriebsrad, der eine relativ große Querschnittsfläche hat,
sodass eine relativ große
Menge Gas in die Düse
eingespritzt werden muss, um die Reaktionsmischung, die den ringförmigen Kanal
um das Antriebsrad verlässt,
zu beschleunigen, sodass sie beim Verlassen der Düse zerstäubt wird.
Ein ähnliches
Verfahren ist in
US-A-4
649 162 beschrieben und verwendet eine Düse mit einer
Sprühöffnung mit einem
Durchmesser von 1,5 mm. In den in diesem US-amerikanischen Patent
beschriebenen Beispielen wurde das Polyurethanmaterial durch die
Düse bei
einer Durchflussmenge von 420 g/min mittels 350 l Luft pro Minute
zerstäubt,
d. h. durch viel mehr Gas als im Verfahren nach der vorliegenden
Erfindung. Die Düse
wurde jedoch in einem ausreichenden Abstand von der zu beschichtenden
Oberfläche
gehalten, genauer in einem Abstand von 0,3 bis 0,8 m.
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In
einer bevorzugten Ausführung
des Verfahrens nach der Erfindung ist der Fluss der Reaktionsmischung
in der Düse über zumindest
zwei, vorzugsweise über
zumindest drei, und besser über
zumindest vier Kanäle
verteilt, in denen die Reaktionsmischung beschleunigt wird.
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Ein
Vorteil dieser Ausführung
liegt darin, dass ein gleichförmigeres
oder homogeneres Sprühmuster
erhalten werden kann.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführung des
Verfahrens nach der Erfindung wird das erwähnte unter Druck stehende Gas
der Reaktionsmischung zugesetzt, bevor diese Reaktionsmischung durch den
erwähnten
einen oder die erwähnten
mehreren Kanäle
beschleunigt wird, und vorzugsweise nachdem die Reaktionskomponenten
der Reaktionsmischung in einem Mischer vermischt wurden, der vor der
Düse angeordnet
ist.
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Ein
Vorteil dieser Ausführung
liegt darin, dass das unter Druck stehende Gas und die Reaktionsmischung
im erwähnten
Kanal oder in den erwähnten
Kanälen
bis zu einer ähnlichen
Geschwindigkeit beschleunigt werden, sodass das unter Druck stehende
Gas optimal benutzt werden kann, um die kinetische Energie der Reaktionsmischung
zu erhöhen.
Dies bedeutet, dass eine geringere Menge Gas notwendig ist, um ein
stabiles Sprühmuster
zu erreichen, sodass die Reaktionsmischung mit weniger kinetischer
Energie auf die Formstückoberfläche gesprüht werden
kann.
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In
einer bevorzugten Ausführung
des Verfahrens nach der Erfindung wird die vorbestimmte Menge kinetischer
Energie der Reaktionsmischung, die aus der Düse gesprüht wird, kontrolliert, indem
die Durchflussmenge der Reaktionsmischung und/oder der erwähnten Menge
Gas so kontrolliert werden, dass die Reaktionsmischung in Form von
Tröpfchen mit
einem mittleren volumetrischen Durchmesser, bestimmt nach ASTM E
799-81, von mehr als 50 μm oder
in Form eines Films, der in einem Abstand von der Düse in solche
Tröpfchen
zerfällt,
aus der Düse gesprüht wird.
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Es
wurde festgestellt, dass Schwankungen bei Farbe, Dichte und/oder
mechanischen Eigenschaften der aufgesprühten Polyurethanschicht als Folge
eines variierenden Sprühabstands
beträchtlich gesenkt
oder sogar vermieden werden können,
wenn die Reaktionsmischung so aufgesprüht wird. Wenn die Reaktionsmischung
in Form eines Films aus der Düse
gesprüht
wird, kann die Düse
sogar in einem Sprühabstand
von der Formstückoberfläche gehalten
werden, der geringer ist, als die Höhe des Filmabschnitts des Sprühmusters,
d. h. die Reaktionsmischung kann die Formstückoberfläche sogar in Form eines Film
erreichen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführung des
Verfahrens nach der Erfindung wird die vorbestimmte Menge kinetischer
Energie der Reaktionsmischung, die aus der Düse gesprüht wird, kontrolliert, indem
die Durchflussmenge der Reaktionsmischung und/oder der erwähnten Menge Gas
so kontrolliert werden, dass die Reaktionsmischung in Form von Tröpfchen mit
einem mittleren volumetrischen Durchmesser, bestimmt nach ASTM E
799-81, von weniger als 500 μm,
vorzugsweise weniger als 200 μm
und am besten weniger als 100 μm
oder in Form eines Films, der in einem Abstand von der Düse in solche Tröpfchen zerfällt, aus
der Düse
gesprüht
wird.
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Aufgrund
der Tatsache, dass die Tröpfchengröße nicht
nur durch die Durchflussmenge der Reaktionsmischung bestimmt wird,
sondern auch durch die Durchflussmenge des dieser zugesetzten Gases, kann
die Tröpfchengröße im Verfahren
nach der vorliegenden Erfindung besser unter Kontrolle gehalten werden.
Durch die Verwendung kleinerer und besser kontrollierter Tröpfchengrößen kann
die Größe der Luftblasen,
die in die Polyurethanschicht eingeschlossen sind, gesenkt und können die
mechanischen Eigenschaften verbessert werden, sodass es auch möglich ist,
die Dicke der Polyurethanschicht zu senken, ohne „Schwachstellen" oder sogar Perforationen
der Schicht zu verursachen. Die Dicke der Polyurethanschicht kann
beispielsweise auf eine Dicke von 0,6 mm oder sogar noch weniger
gesenkt werden, insbesondere auf eine Dicke unter 0,5 mm. Die Herstellung
von dünnen
Polyurethanschichten kann nicht nur zur Einsparung von Material
führen,
sondern wird auch die Wirkung einer optionalen Schaumschicht verstärken, die
auf den Rücken
der Polyurethan(-haut-)schicht
aufgebracht werden kann, um beim Berühren einen „weichen Effekt" zu ergeben. Ein
weiterer Vorteil des Aufsprühens
der Reaktionsmischung in Form von kleineren und besser kontrollierten
Tröpfchen
liegt darin, dass eine sehr dünne
Schicht Polyurethan pro Durchgang der Sprühdüse aufgesprüht werden kann, sodass die Sprühdüse mehr
als einmal über
eine Stelle kommen kann, ohne lokale Verdickungen zu verursachen
oder sodass es, mit anderen Worten, für die Bewegung der Sprühdüse eine
größere Freiheit
gibt, wodurch die Programmierung des Sprühroboters einfacher wird.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
des Verfahrens nach der Erfindung wird das erwähnte Gas der Reaktionsmischung
von einer Gasquelle zugesetzt, die das erwähnte Gas mit einer substanziell
konstanten Anzahl Mol pro Zeiteinheit liefert.
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So
kann ein Fluss flüssiger
Reaktionsmischung in die Gasleitung vermieden werden, beispielsweise
wenn der Fluss der Reaktionsmischung durch die Düse durch ein Hindernis im Flussweg
behindert wird, da ein solches Hindernis sofort zu einem Anstieg
des Gasdrucks führen
würde.
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Weitere
Vorteile und Besonderheiten der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung einiger besonderer Ausführungen des Verfahrens nach der
vorliegenden Erfindung deutlich. Diese Beschreibung dient nur als
illustratives Beispiel und soll den Schutzumfang der Erfindung wie
definiert in den beiliegenden Patentansprüchen nicht beschränken. Die in
der Beschreibung verwendeten Positionsnummern beziehen sich auf
die Zeichnungen, wobei:
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1 ein
schematisches Diagramm ist, welches das Prinzip des Aufsprühens einer
Polyurethanreaktionsmischung auf eine Formstückoberfläche nach der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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2 und 3 schematische
Darstellungen von alternativen Ausführungen der Sprühvorrichtung
sind, die Teil des Diagramms aus 1 ist;
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4 schematisch
eine erhöhte
Seitenansicht eines bevorzugten Sprühmusters der Reaktionsmischung
zeigt, insbesondere eines hohlen Konus der Reaktionsmischung, die
aus der Sprühdüse gesprüht wird;
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5 schematisch
eine Querschnittsansicht durch den Mischkopf der in 1 dargestellten Sprühvorrichtung
zeigt;
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6 eine
Draufsicht auf eine Sprühdüse zeigt,
die im Verfahren nach der Erfindung verwendet werden kann;
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7 eine
Querschnittsansicht entlang Linie IV-IV in 6 ist;
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8 bis 10 ähnliche
Ansichten wie in 7 sind, die aber alternative
Ausführungen
der in 7 dargestellten Sprühdüse darstellen;
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11 bis 13 respektive
eine Draufsicht, eine erhöhte
Seitenansicht und eine Untersicht der Spitze der in den 7 bis 9 dargestellten Düsen sind;
und
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14 bis 16 respektive
eine Draufsicht, eine erhöhte
Seitenansicht und eine Untersicht der Spitze der in 10 dargestellten
Düse sind.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
eines Formteils mit zumindest einer Polyurethanschicht. Diese Polyurethanschicht
wird erreicht durch Aufsprühen
einer Reaktionsmischung aus Polyurethan ergebenden Komponenten,
hier Polyurethanreaktionsmischung genannt. Diese Mischung wird normalerweise
durch Vermischen zweier Komponenten erhalten, und zwar einer Isocyanatkomponente
und einer Polyolkomponenten, obwohl es möglich ist, mehr als zwei Komponentenströme zu verwenden.
Die aufgesprühte
Polyurethanreaktionsmischung enthält vorzugsweise keine Lösungsmittel
oder nur eine geringe Menge an Lösungsmitteln,
insbesondere weniger als 10 Gew.%, besser weniger als 5 Gew.%, sodass
die Reaktionsmischung beim Aufsprühen eine relativ hohe Viskosität hat.
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Die
aufgesprühte
Polyurethanschicht kann eine Schaumschicht sein. Diese Schaumschicht
wird durch Zusatz physikalischer und/oder chemischer Treibmittel
zur Reaktionsmischung erreicht. Das Verfahren nach der Erfindung
wird aber am besten zum Aufsprühen
einer Polyurethanschicht verwendet, die eine durchschnittliche Dichte
von mehr als 300 g/l, vorzugsweise von mehr als 400 g/l und am besten von
mehr als 600 g/l hat. Die Polyurethanschicht kann eine steife Polyurethanschicht
sein, ist aber vorzugsweise eine flexible elastomere Polyurethanschicht,
insbesondere eine so genannte Polyurethanhaut, die vorzugsweise
eine durchschnittliche Dicke im Bereich von 0,1 bis 3 mm, vorzugsweise
0,3 bis 2 mm hat. In der Praxis, insbesondere zur Herstellung eines
Teils der Innenverkleidung eines Fahrzeugs wie eines Armaturenbretts,
einer Türverkleidung,
einer Konsole usw., wird hinter einer solchen Hautschicht eine steife
Rückenschicht
aufgebracht, wobei zwischen beiden Schichten vorzugsweise eine Zwischenschaumschicht
liegt. Wie beschrieben in
EP-B-0
642 411 ist es möglich,
die steife Rückenschicht
und die Zwischenschaumschicht durch Aufsprühen einer Polyurethanreaktionsmischung
herzustellen. Obwohl das auch nach der vorliegenden Erfindung getan
werden kann, wird die weitere Beschreibung in Bezug auf das Aufsprühen einer
flexiblen Polyurethanhaut gegeben.
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Reaktionsmischungen
zum Aufsprühen
einer solchen Polyurethanhaut sind beispielsweise in
EP-B-0 379 246 beschrieben.
Diese Reaktionsmischungen werden erzeugt durch Mischen einer Isocyanatkomponente
und einer Polyolkomponenten, kurz bevor die Reaktionsmischung aufgesprüht wird. Die
Isocyanatkomponente basiert auf aliphatischen Isocyanaten, um eine
lichtstabile Polyurethanhaut zu erhalten. In der Praxis ist es aber
auch möglich,
eine Polyurethanhaut aufzusprühen,
die nicht lichtstabil ist. In der Reaktionsmischung für solche
Häute werden
reaktivere aromatische Polyisocyanate verwendet. Da sie nicht lichtstabil
sind, kann eine Farbschicht auf solche Häute aufgetragen werden, entweder
nach Herstellung der Haut oder durch Aufbringung der Farbschicht
als Formstückcoating,
auf das die Reaktionsmischung für
die Haut dann gesprüht wird.
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Das
Grundprinzip zum Aufsprühen
der Polyurethanreaktionsmischung ist in 1 dargestellt.
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In
einem ersten Schritt werden die zwei Komponenten, und zwar die Polyol-
und die Isocyanatkomponente, von den Rührkesseln 1A und 1B über die
Pumpen 2A und 2B dosiert, in einem zweiten Schritt
in den Wärmetauschern 3A und 3B auf
die gewünschte
Temperatur erwärmt,
bevor sie in einer beweglichen Spritzpistole, ausgestattet mit einer
Sprühdüse 5,
vermischt werden. Aus dieser Sprühdüse wird
die Reaktionsmischung nach einem vorbestimmten Sprühmuster
auf die Formstückoberfläche 6 gesprüht. Nachdem
die Reaktionsmischung ausgehärtet
ist, kann die geformte Polyurethanschicht 9 von der Formstückoberfläche 6 entfernt
werden, optional nachdem eine oder mehrere zusätzliche Schichten auf den Rücken der
aufgesprühten
Polyurethanschicht aufgetragen wurden. Wie oben erläutert, muss
die Polyurethanschicht nicht notwendigerweise auf eine Formstückoberfläche gesprüht werden,
sondern kann auch auf eine andere Schicht des herzustellenden Formteils
gesprüht
werden.
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Wenn
die viskose Reaktionsmischung aus der Düse 5 gesprüht wird,
wird ein Sprühmuster
erreicht, das normalerweise aus einem Film 7 besteht, der
nach einem gewissen Abstand d von beispielsweise 0,5 bis 20 cm in
Tröpfchen 8 zerfällt. Das
Sprühen
der Reaktionsmischung, insbesondere die kinetische Energie der Reaktionsmischung,
die die Düse verlässt, wird
vorzugsweise so kontrolliert, dass diese Reaktionsmischung entweder
direkt in Form von Tröpfchen 8 mit
einem mittleren volumetrischen Durchmesser, bestimmt nach ASTM E
799-81, von mehr als 50 μm
oder in Form eines Films 7, der in einem Abstand von der
Düse 5 in
solche Tröpfchen 8 zerfällt, aus
der Düse
gesprüht
wird. Das Sprühen der
Reaktionsmischung wird ferner vorzugsweise so kontrolliert, dass
die Tröpfchen 8 einen
mittleren volumetrischen Durchmesser von weniger als 500 μm, vorzugsweise
weniger als 200 μm
und am besten weniger als 100 μm
haben. Wenn in enge Hohlräume gesprüht wird,
ist es möglich,
dass der Sprühabstand D
geringer als der Abstand d ist, nach dem der Film in Tröpfchen zerfällt, sodass
die Reaktionsmischung die Formstückoberfläche 6 in
Form des Films 7 erreicht.
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Die
Reaktionsmischung kann in Form eines flachen Fächers oder in Form eines runden
oder eines elliptischen Konus aufgesprüht werden, der vorzugsweise
hohl ist. Ein Sprühmuster
in Form eines hohlen Konus wurde in 4 dargestellt
und wird im Hinblick auf die Tatsache bevorzugt, dass die kinetische
Energie der gesprühten
Reaktionsmischung schneller sinkt, sodass die Reaktionsmischung, wenn
sie die Formstückoberfläche aus
dem gleichen Sprühabstand
erreicht, weniger kinetische Energie haben wird, wodurch eine gleichförmigere
Polyurethanschicht 9 aufgesprüht werden kann.
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Ein
entscheidendes Merkmal des Verfahrens nach der Erfindung ist, dass
die kinetische Energie der Reaktionsmischung, die aus der Düse gesprüht wird,
durch Zusatz eines unter Druck stehenden Gases zur Reaktionsmischung
erhöht
wird, sodass die Reaktionsmischung zusammen mit dem unter Druck stehenden
Gas aus der Düse 5 gesprüht wird.
Ein Vorteil des Zusatzes von Gas liegt darin, dass die Durchflussmenge
der Reaktionsmischung durch die Düse gesenkt werden kann, während sie
dennoch die notwendige kinetische Energie bekommt, um beim Verlassen
der Düse
das gewünschte Sprühmuster
herzustellen.
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In 1 ist
eine Gasflasche 10 mit unter Druck stehendem Gas über eine
Rohrleitung 11 mit der Spritzpistole verbunden, insbesondere
mit dem Mischkopf 14 der Spritzpistole. Die Rohrleitung 11 kann
mit einem Ventil 13 ausgestattet sein, das ein Abschließen des
Gasstroms ermöglicht
und optional ein Senken des Gasdrucks ermöglicht. In der Rohrleitung
ist vorzugsweise eine Vorrichtung zur Kontrolle des Flusses vorgesehen,
die es ermöglicht,
eine konstante Durchflussmenge des Gases zur Düse zu gewährleisten. So kann, wenn etwas
Reaktionsmischung in die Gaskanäle
in der Düse
geflogen sein sollte, Druck aufgebaut werden, wodurch die Reaktionsmischung
wieder aus diesen Kanälen
geblasen werden kann, um eine konstante Durchflussmenge des Gases
zu erhalten.
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Das
unter Druck stehende Gas ist vorzugsweise Stickstoffgas, obwohl
andere Gase wie Luft oder Sauerstoff oder eine Gasmischung ebenfalls verwendet
werden können.
Das unter Druck stehende Gas kann in flüssigem Zustand in der Gasflasche gelagert
und der Düse
zugeführt
werden. Das Gas zur Düse
wird vorzugsweise in seinen gasförmigen Zustand
gebracht. Das Gas wird der Düse
vorzugsweise mit einem Druck zwischen 10 und 80 bar zugeführt, besser
mit einem Druck zwischen 15 und 50 bar.
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In
der Ausführung
der in 1 dargestellten Spritzpistole werden die beiden
Komponentenströme im
Mischkopf 14 der Spritzpistole zusammengebracht, werden
in einem balkenförmigen
stationären Mischer 15 weiter
vermischt und dann mittels der Sprühdüse 5 aufgesprüht.
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In
einer ersten Ausführung
des Verfahrens nach der Erfindung kann das unter Druck stehende Gas
der Reaktionsmischung im Mischkopf 14 der Spritzpistole
zugesetzt werden, d. h. bevor die Reaktionsmischung, und in diesem
Fall das unter Druck stehende Gas, im stationären Mischer vermischt werden.
Ein Beispiel eines Mischkopfes 14, über den unter Druck stehendes
Gas der Reaktionsmischung als dritte Komponente zugesetzt werden
kann, ist in 5 dargestellt. Der Mischkopf
hat erstens einen Verbinder 54 für die Verbindung zum stationären Mischer 15.
Ferner umfasst er eine Mischkammer 50 mit einem Einlass 51 für die Polyolkomponente
und mit einem Einlass 52 für die Isocyanatkomponente. Beide
Einlässe 51, 52 können mittels
eines Kugelhahns abgeschlossen werden. Um das unter Druck stehende
Gas zusetzen zu können,
ist die Mischkammer mit einem weiteren Einlass 53 für das unter Druck
stehende Gas ausgestattet. Dieser Einlass hat ein Gewinde, sodass
ein Anschlussstutzen zum Anschluss der Gasrohrleitung 11 dort
eingeschraubt werden kann. Anstelle das Gas in die Mischkammer einzuspritzen,
sodass das Gas als ein zusätzlicher Komponentenstrom
betrachtet werden kann, könnte das
unter Druck stehende Gas auch in den Polyol- oder in den Isocyanatstrom
eingespritzt werden.
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Obwohl
das unter Druck stehende Gas in die Reaktionsmischung eingespritzt
werden kann, bevor diese eigentlich im Mischer 15 gemischt
wird, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass
ein solches frühzeitiges
Vermischen des Gases die Dichte der aufgesprühten Polyurethanschicht senken
kann. Wenn eine höhere
Dichte erwünscht ist,
wird das unter Druck stehende Gas daher vorzugsweise entweder im
Mischer selbst (wie schematisch dargestellt in 2),
besser aber, nachdem die Reaktionsmischung den Mischer 15 verlassen
hat, d. h. in der Düse 5 selbst
(wie schematisch dargestellt in 3) in den
Strom der Reaktionsmischung eingespritzt.
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6 stellt
eine erste Ausführung
einer Sprühdüse dar,
die angeordnet ist, um das unter Druck stehende Gas in den Strom
der Reaktionsmischung einzuspritzen, der die Düse passiert. Diese Sprühdüse umfasst
ein Gehäuse 16 mit
einem rohrförmigen
Ende 17, das mit einem inneren Schraubgewinde 18 versehen
ist, über
das es auf das distale Ende des stationären Mischers 15 geschraubt
werden kann. Das Gehäuse 16 ist
ferner mit einer länglichen
Bohrung 19 versehen, die einen Zuführungskanal bildet, der in
einer größeren, quer
liegenden Bohrung 20 mit einem offenen Ende endet. Die
Innenfläche
der quer liegenden Bohrung 20 hat ein Schraubgewinde, sodass
ein Sprühteil 21 in
diese Bohrung 20 geschraubt werden kann. Das Sprühteil 21 ist
ein hohles Teil, das unten offen ist, sodass ein Kernstück 22 dort
eingeführt
werden kann, und das eine geschlossene Oberseite hat, die die Oberseite
des Kernstücks 22 umfasst,
sodass das Kernstück 22, wenn
das Sprühteil
in die Bohrung 20 des Gehäuses 16 geschraubt
wird, darin fixiert ist. Zwischen der Oberseite des Kernstücks 22 und
der Innenfläche 23 des
Sprühteils 21 ist
in der Düse
ein Auslasshohlraum 24 geformt. Dieser Hohlraum besteht
aus einem konischen Teil und einem zylindrischen Kanal 25,
der sich durch die Oberseite des Sprühteils ausdehnt, um eine Sprühöffnung 26 zu
formen, durch die die Reaktionsmischung aus der Düse hinausgesprüht wird.
Die Abmessungen des konischen Teils und des zylindrischen Kanals 25 sowie die
Form und Neigung der Innenfläche 23 des
Sprühteils 21 können je
nach dem gewünschten
Sprühmuster
angepasst werden.
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Das
Kernstück 22 ist
angeordnet, um die Reaktionsmischung, die durch die längliche
Bohrung 19 geführt
wird, in einem Winkel in den Auslasshohlraum 24 einzuspritzen,
sodass sie einer wirbelnden Bewegung unterliegt, wenn sie den Auslasshohlraum durchquert
und wenn sie aus der Düse
gesprüht
wird. Wie dargestellt in den 11 bis 13 besteht das
Kernstück 22 beispielsweise
aus einem zylindrischen Abschnitt 27 und einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 28,
die in das hohle Sprühteil 21 passen, wobei
der kegelstumpfförmige
Abschnitt 28 genauer gegen die konische Innenfläche 23 des
Sprühteils 21 passt.
In der kegelstumpfförmigen
oberen Fläche sind
vier Nuten 29 angebracht. Jede dieser Nuten 29 ist über ein
zylindrisches Bohrloch 30 verbunden und endet zentral in
der Unterseite des Kernstücks,
zum Zuführungskanal 19,
sodass der Fluss der Reaktionsmischung über die vier Bohrlöcher 30 und
die Nuten 29 verteilt wird. Die Querschnittsfläche des
Zuführungskanals 19 ist
größer als
die gesamte Querschnittsfläche
der Nuten 29, sodass die Reaktionsmischung durch die Passage
der Reaktionsmischung durch die Nuten 29 eine höhere Geschwindigkeit
bekommt oder mit anderen Worten beschleunigt wird. Die Nuten 29 formen
daher Kanäle 29,
durch die die Reaktionsmischung beschleunigt wird.
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Die
im Verfahren nach der Erfindung verwendete Düse umfasst zumindest einen,
aber vorzugsweise zumindest zwei, besser zumindest drei und am besten
zumindest vier Kanäle 29,
durch die die Reaktionsmischung beschleunigt wird, bevor sie aus
der Düse
gesprüht
wird. Mehr Kanäle 29 ermöglichen
ein gleichförmigeres
Sprühmuster,
aber je mehr Kanäle 29 vorgesehen
sind, umso geringer muss die maximale Querschnittsfläche dieser
Kanäle
sein. Die Kanäle 29 haben
vorzugsweise jeweils eine Querschnittsfläche oder eine minimale Querschnittsfläche, wenn
die Querschnittsfläche
der Kanäle
nicht konstant ist, die kleiner als 0,6 mm2 und besser
kleiner als 0,4 mm2 ist. Die minimale Querschnittsfläche jedes
Kanals 29, d. h. die Querschnittsfläche des Kanals, gemessen dort,
wo der Querschnitt des Kanals am geringsten ist, kann beispielsweise
etwa 0,085 mm2 klein sein, sollte vorzugsweise
aber größer als 0,04
mm2 sein. Die gesamte minimale Querschnittsfläche der
verschiedenen Kanäle,
d. h. die Summe der minimalen Querschnittsflächen der verschiedenen Kanäle, sollte
vorzugsweise größer als
0,10 mm2, besser größer als 0,20 mm2 sein,
sodass mehr Kanäle
vorgesehen werden können,
um ein stabileres Sprühmuster
zu erhalten. In den dargestellten Ausführungen verläuft der
Fluss der Reaktionsmischung über
die gesamte Querschnittsfläche
der Kanäle 29,
sodass die minimale Querschnittsfläche dieser Kanäle gleich
der minimalen Querschnittsfläche des
Flusses der Reaktionsmischung in diesen Kanälen ist.
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Im
Verfahren nach der Erfindung sollte die gesamte minimale Querschnittsfläche (= S
mm2) des Flusses der Reaktionsmischung im
Kanal oder in den Kanälen 29 kleiner
als 1,0 mm2, vorzugsweise kleiner als 0,9
mm2 und besser noch kleiner als 0,7 mm2 sein. So erhält die Reaktionsmischung, auch
mit einer relativ geringen Durchflussmenge der Reaktionsmischung
durch die Düse,
schon eine beträchtliche Menge
kinetischer Energie, indem sie durch diese Kanäle 29 geführt wird.
Die Durchflussmenge, in der die Reaktionsmischung aus der Düse gesprüht wird, liegt
vorzugsweise im Bereich von 1 bis 25 g/s, besser im Bereich von
1 bis 13 g/s und am besten im Bereich von 2 bis 10 g/s. Nach der
Erfindung muss die Reaktionsmischung in einer Durchflussmenge von zwischen
10 × S
und 80 × S
g/s aus der Düse
gesprüht
werden. Diese Durchflussmenge ist vorzugsweise geringer als 60 × S g/s,
besser geringer als 50 × S
g/s und am besten geringer als 40 × S g/s. Darüber hinaus
ist sie vorzugsweise höher
als 14 × S
g/s. Die beschriebenen Konzepte sind Miniatursprühdüsen, die in kleine oder enge
Formstückhohlräume eingeführt werden
können.
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Die
Düsenkonzepte
wie dargestellt in 6 bis 10 sind entworfen,
um das Risiko einer Verstopfung oder Anhäufung von Material im Kanalnetz zu
minimieren.
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In
der in 7 dargestellten Düse wird der Reaktionsmischung,
die durch die Kanäle 29 geführt wurde,
weitere kinetische Energie zugeführt,
um das gewünschte
Sprühmuster
zu erreichen. Dies geschieht durch Einspritzen von unter Druck stehendem
Gas aus der Flasche 10 durch zumindest ein Bohrloch 31 im
Sprühteil 21 in
den Auslasshohlraum 24, sodass das unter Druck stehende
Gas zusammen mit der Reaktionsmischung durch die Sprühöffnung 26 aus
der Düse
gesprüht
wird. Das Bohrloch 31 ist in einem solchen Winkel ausgerichtet,
dass die wirbelnde Bewegung der Reaktionsmischung, die durch die
Nuten 29 auch in einem Winkel in den Auslasshohlraum 24 eingespritzt
wird, oder mit anderen Worten deren kinetische Energie, verstärkt wird.
Das unter Druck stehende Gas wird über ein Bohrloch 12 in
einen ringförmigen
Hohlraum 32 gebracht, der im Sprühteil 21 auf Höhe des Bohrlochs 31 vorgesehen ist,
wobei das Bohrloch 12 in einem äußeren Hohlraum 42 mit
zylindrischem Schraubgewinde endet, in den ein Anschlussstutzen
zum Anschluss der Gasrohrleitung 11 an die Düse 5 geschraubt
werden kann.
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Nach
der Erfindung wird eine relativ geringe Menge von unter Druck stehendem
Gas verwendet, um die kinetische Energie der Reaktionsmischung zu erhöhen, insbesondere
nur 0,05 bis 2,5 mmol Gas pro Gramm Reaktionsmischung. Für Stickstoffgas entsprechen
diese Mengen etwa 1,4 bis 70 mg N2 pro Gramm
Reaktionsmischung. Ein Vorteil so geringer Gasmengen liegt darin,
dass die kinetische Energie des Gases, das die Düse durch die Sprühöffnung verlässt, substanziell
nicht zur Gesamtmenge kinetischer Energie beiträgt, die auf der besprühten Fläche auftrifft.
Vorzugsweise wird das unter Druck stehende Gas der Düse in einer
Menge von zumindest 0,075, vorzugsweise zumindest 0,15 mmol pro
Gramm Reaktionsmischung zugeführt
wird, wobei das unter Druck stehende Gas der Sprühdüse vorzugsweise in einer Menge
von weniger als 1,5 mmol pro Gramm Reaktionsmischung zugeführt wird,
besser in einer Menge von weniger als 1,1 mmol pro Gramm Reaktionsmischung
und am besten in einer Menge von weniger als 0,75 mmol pro Gramm
Reaktionsmischung.
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Um
die Menge an unter Druck stehendem Gas effizienter zu nutzen, um
die kinetische Energie der Reaktionsmischung zu erhöhen, wird
das unter Druck stehende Gas der Reaktionsmischung vorzugsweise
zugesetzt, bevor diese Reaktionsmischung durch den Kanal oder die
Kanäle 29 beschleunigt
wird. Wie oben erläutert
wird das unter Druck stehende Gas der Düse zugeführt, d. h. es wird der Reaktionsmischung
vorzugsweise zugesetzt, nachdem die Mischphase abgeschlossen ist.
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8 stellt
eine erste Alternative der in 7 dargestellten
Sprühdüse 5 dar,
wobei das unter Druck stehende Gas der Reaktionsmischung zugeführt wird,
bevor sie in den Kanälen
oder Nuten 29 beschleunigt wird. In dieser Ausführung ist
ein Bohrloch 33 im Gehäuse 16 der
Düse vorgesehen,
das im Zuführungskanal 19 endet.
Die Rohrleitung 11 ist über
den äußeren Hohlraum 42 mit
Schraubgewinde mit diesem Bohrloch 33 verbunden, sodass
das unter Druck stehende Gas direkt in den Fluss der Reaktionsmischung
eingespritzt wird. Um eine bessere Einmischung des Gases in die
Reaktionsmischung zu erreichen, ist es möglich, mehr aber kleinere Bohrlöcher 33 vorzusehen,
die jeweils an einer anderen Stelle im Zuführungskanal 19 enden.
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In 9 wird
eine bessere Vermischung von unter Druck stehendem Gas und Reaktionsmischung
mittels zweier zylindrischer Anschlussstücke erreicht, und zwar ein
Anschlussstück 34 für die Reaktionsmischung
und ein Anschlussstück 35 für das unter
Druck stehende Gas. Beide Anschlussstücke 34 und 35 haben
eine axiale Bohrung 36 und 37 und sind übereinander
gestapelt in einem zylindrischen Hohlraum im Gehäuse, der unter dem Kernstück 22 liegt,
sodass die Bohrungen 36 und 37 einen Kanal bilden,
der in den Bohrlöchern 30 des
Kernstücks 22 endet.
Beide Anschlussstutzen haben ferner eine umlaufende ringförmige Nut 38 und 39, die über Bohrlöcher 40, 41 mit
den axialen Bohrungen 36 und 37 verbunden sind.
Unter und zwischen den verschiedenen Anschlussstücken und dem Kernstück sind
vorzugsweise flache Abdichtungen vorgesehen, die jedoch in 9 nicht
dargestellt sind (auch in den 7 und 8 wurden
die flachen Abdichtungen zwischen den verschiedenen Komponenten nicht
dargestellt).
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In
der Ausführung
von 9 wird das unter Druck stehende Gas der Düse nicht über die
Rohrleitung 11 zugeführt,
sondern ist die Rohrleitung 11 an den Mischkopf angeschlossen.
Der Mischkopf enthält
einen Gaskanal, der in einem koaxialen Kanal 60 endet,
der rund um den stationären
Mischer angelegt ist. Dieser stationäre Mischer ist in einem Innenrohr 61 enthalten,
das mit einem Verbinder 62 der Düse 5 zusammengefügt ist.
Der koaxiale Kanal 60 ist durch ein Außenrohr 63 definiert,
das mit einem Verbinder 64 der Düse zusammengefügt ist.
Der Verbinder 64 hat eine abgeflachte Seite 65,
sodass ein Hohlraum geformt wird, der einerseits in Fluidkommunikation mit
dem koaxialen Gaskanal 60 und andererseits, über ein
Bohrloch 66, mit der ringförmigen Nut 39 des untersten
Anschlussstutzens 35 steht. Die Bohrlöcher 41 im Anschlussstutzen 35 sind
in einem solchen Winkel ausgerichtet, dass das unter Druck stehende
Gas in der axialen Bohrung 37 wirbelt. Dieses wirbelnde
Gas fließt
dann von der Bohrung 37 in die Bohrung 36, wo
die Reaktionsmischung vom Zuführungskanal 19 und
der ringförmigen
Nut 38 über
die Bohrlöcher 40 eingespritzt
wird, welche in einem ähnlichen
Winkel wie die Bohrlöcher 41 ausgerichtet sind,
sodass die Reaktionsmischung in dieselbe Richtung wirbelt wie das
unter Druck stehende Gas. Aufgrund der so verursachten Turbulenz
werden das unter Druck stehende Gas und die Reaktionsmischung besser
vermischt, bevor sie den Nuten 29 zugeführt werden.
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In 10 wird
eine gute Mischung des unter Druck stehenden Gases und der Reaktionsmischung
mit nur einem Anschlussstutzen erreicht, nämlich nur mit dem Anschlussstutzen 35 für das unter
Druck stehende Gas. In dieser Ausführung wird das unter Druck
stehende Gas auch durch einen koaxialen Kanal 60 zugeführt, der
um das Innenrohr 61 des stationären Mischers und dessen Außenrohr 63 geformt
ist. Der Verbinder 64 für
das Außenrohr 63 hat
ebenso eine abgeflachte Seite 65, die einen Hohlraum formt,
in dem das Bohrloch 66 für das unter Druck stehende
Gas endet. Der Zuführungskanal 19 für die Reaktionsmischung
ist mit dem Boden der axialen Bohrung 37 im Anschlussstutzen 35 verbunden, sodass
der Fluss der Reaktionsmischung nun durch diese axiale Bohrung 37 verläuft. Im
Anschlussstutzen 35 wird das unter Druck stehende Gas durch
die vier Bohrlöcher 41 in
diesen Fluss der Reaktionsmischung eingespritzt. Es wurde festgestellt,
dass in dieser Ausführung
kein Wirbeln der Reaktionsmischung notwendig ist und dass die beste
Mischung durch Einspritzen des unter Druck stehenden Gases durch
radiale Bohrlöcher 41 erreicht
werden kann.
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Das
Sprühteil 21 und
das Kernstück 22,
die in der Ausführung
von 10 verwendet werden, haben eine Form, die etwas
von der Form des Sprühteils
und des Kernstücks
abweichen, die in den vorigen Ausführungen verwendet wurden. Wie
dargestellt in den 14 bis 16 umfasst
das Kernstück 22 auch
einen zylindrischen 27 und einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 28,
die in das hohle Sprühteil 21 passen.
Ein Unterschied liegt jedoch darin, dass das Kernstück 22 mit
seiner flachen Oberseite in die flache innere Oberseite 23 des
Sprühteils 21 eingreift
und dass die Oberseite des Kernstücks mit einem zylindrischen
vertieften Abschnitt 67 versehen ist, in dem die Nuten 29 enden,
die nun in der flachen Oberseite des Kernstücks vorgesehen sind. Die Reaktionsmischung
wird so durch diese Nuten 29 in eine Richtung geführt, die
substanziell parallel zur Oberfläche
der Sprühöffnung 26 verläuft. Die
Tiefe der Nuten nimmt zum vertieften Abschnitt 67 hin allmählich ab,
sodass deren Querschnittsfläche
am unteren Ende der Nuten 29 einen Mindestwert erreicht, d.
h. an dem Ende, wo die Nuten im vertieften Abschnitt 67 enden.
Dieser vertiefte Abschnitt im Kernstück 22 formt, zusammen
mit einem kleinen konischen Hohlraum im Sprühteil 21 und im zylindrischen Kanal 25,
der zur Sprühöffnung 26 führt, den
Auslasshohlraum 24.
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In
den oben beschriebenen Ausführungen sind
die Kanäle,
durch die die Reaktionsmischung beschleunigt wird, durch gesonderte
Nuten
29 im Kernstück
22 geformt,
wobei keine Reaktionsmischung entlang der zylindrischen Seite des
Kernstücks
passiert. In anderen Düsenkonzepten
kann die Reaktionsmischung jedoch in einem engen ringförmigen Kanal
oder Hohlraum beschleunigt werden, der zwischen der Innenwand eines
zylindrischen Hohlraums und einem darin eingeführten zylindrischen Kernstück geformt
ist und einen Durchmesser hat, der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des
zylindrischen Hohlraums (vgl. beispielsweise den ringförmigen Hohlraum
rund um das Antriebsrad aus
US-A-3 923 253 ,
dessen ringförmiger
Hohlraum aber eine Querschnittsfläche von mehr als 1 mm
2 hat). Wenn das zylindrische Kernstück beispielsweise
einen Durchmesser von 5 mm hat, sollte der Innendurchmesser des
zylindrischen Hohlraums beispielsweise kleiner als etwa 5,6 mm sein,
zumindest wenn die Reaktionsmischung in axialer Richtung am Kernstück vorbei
fließt.
Es ist aber auch möglich, dass
die Reaktionsmischung seitlich in den ringförmigen Kanal eingespritzt wird,
sodass sie eine spiralförmige
Bewegung rund um das zylindrische Kernstück macht und so also zum Wirbeln
gebracht wird, wenn sie den ringförmigen Kanal verlässt. In
diesem Fall kann der Spalt zwischen dem Kernstück und der Innenwand des Hohlraums
größer sein,
da nur die Querschnittsfläche
des Flusses der Reaktionsmischung in diesem Kanal gemessen werden
muss und das senkrecht zum Fluss der Reaktionsmischung. Darüber hinaus
kann der ringförmige
Hohlraum sich auch konisch zum Auslasshohlraum hin verjüngen, sodass
die kleinste Querschnittsfläche,
am Auslass des ringförmigen
Hohlraums berücksichtigt
werden muss.
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Ein
Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung liegt darin, dass das
Sprühmuster
besser kontrolliert werden kann, da dieses Sprühmuster nicht nur durch Anpassung
der Durchflussmenge der Reaktionsmischung, sondern auch durch Anpassung der
Durchflussmenge des unter Druck stehenden Gases kontrolliert werden
kann. So kann die Tröpfchengröße der ausgesprühten Reaktionsmischung ohne
negative Auswirkung auf die Gleichförmigkeit der aufgesprühten Schicht
gesenkt werden, insbesondere auf unter 100 μm. Darüber hinaus kann der zum Aufsprühen der
Polyurethanschicht programmierte Roboter auch programmiert werden,
um die Durchflussmenge der Reaktionsmischung je nach dem Sprühabstand
zu variieren.
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Aus
der obigen Beschreibung einiger besonderer Ausführungen der Erfindung zeigt
sich deutlich, dass alle Arten von Veränderungen daran angebracht
werden können,
ohne vom Ziel der Erfindung abzuweichen, wie es in den beiliegenden
Patentansprüchen
definiert ist.
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Insbesondere
ist es möglich,
eine weitere Zufuhr von unter Druck stehendem Gas zur Düse vorzusehen,
genauer um einen „Gasvorhang" um die ausgesprühte Reaktionsmischung
herum zu erzeugen, um eine zusätzliche
Kontrolle der Form des Sprühmusters
zu haben. Dies kann erreicht werden, indem das unter Druck stehende
Gas aus kleinen Auslassöffnungen
in der Sprühdüse geblasen
wird, wie das beispielsweise in
20 von
EP-B-0 303 305 dargestellt
ist. Die Menge des so aus der Düse geblasenen
Gases darf nicht in die Gasmenge eingerechnet werden, die der Reaktionsmischung
zugesetzt wird, da sie keine oder nur minimale Wirkung auf die kinetische
Energie der ausgesprühten
Reaktionsmischung hat.
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Beispiel
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Mittels
einer Sprühdüse, in der
unter Druck stehendes Stickstoffgas gleich in eine Polyurethanreaktionsmischung
eingemischt wurde, wie dargestellt in 10, wurde
eine flexible elastomere Polyurethanschicht in einer Dicke von 0,7
mm auf eine Formstückoberfläche aufgesprüht. Der
Zuführungskanal 19 der
Reaktionsmischung hatte einen Durchmesser von etwa 1 mm, während die
gesamte minimale Querschnittsfläche
der vier Nuten 29, gemessen an ihrem unteren Ende, etwa
0,35 mm2 betrug.
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Beim
Sprühen
der Reaktionsmischung bei etwa 8 g/s und Einspritzen des Stickstoffgases
bei einer Durchflussmenge von etwa 4 g N2/min
wurde ein stabiles Sprühmuster
erreicht und die aufgesprühte Polyurethanschicht
hatte eine Dichte von etwa 950 g/l.
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Wenn
eine ähnliche,
bereits bekannte Düse verwendet
wird, über
die kein Gas zugesetzt werden kann, könnte dasselbe stabile Sprühmuster
erreicht werden, aber nur mit einer Durchflussmenge der Reaktionsmischung
von etwa 14 g/s. Das zeigt, dass ein sehr beschränkter Zusatz von unter Druck
stehendem Gas eine substanzielle Senkung der Durchflussmenge der
Reaktionsmischung und eine bessere Verteilung der Sprühtröpfchen auf
der Oberfläche
erlaubt, was zu optimierten Hauteigenschaften führt.