DE69809503T2

DE69809503T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Polyurethanmaterial

Info

Publication number: DE69809503T2
Application number: DE69809503T
Authority: DE
Inventors: Alberto Bonansea; Carlo Fiorentini
Original assignee: Afros SpA
Current assignee: Afros SpA
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1998-04-06
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2018-04-07
Also published as: EP0895815B1; US20010001602A1; EP0895815A1; US6502978B2; DE69809503D1; ES2186038T3; JPH1158371A

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Fachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Produktion eines Polyurethangemisches für die Verwendung bei der Herstellung von Strukturplatten oder Formstücken (Gießstücken), wie zum Beispiel Türplatten für Automobile oder andere Fahrzeuge u. ä.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Inertes Füllmaterial, wie zum Beispiel Verstärkungsfasern, wird in der Produktion von Strukturplatten oder, allgemeiner, Formstücken aus verstärktem Polyurethanmaterial oft verwendet. Inertes Füllmaterial verbessert sowohl die Steifigkeit als auch die mechanischen Eigenschaften von Formstücken aus verstärktem Polyurethanmaterial und von Strukturplatten.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist der Ausdruck "Füllmaterial" so zu verstehen, dass er jedes feste, inerte und aufwirbelbare Material bedeutet, auch einschließlich jedes Materials, das durch einen Luft- oder Gasstrom transportiert werden kann. Ein solches Füllmaterial kann für Füll- und Verstärkungszwecke verwendet werden und kann in geeigneter Weise vorbehandeltes Abfallmaterial sein. Das Füllmaterial kann daher in Form von Pulver, Granulaten, Fasern verschiedener Länge vorliegen oder kann jedes geeignete Material sein, das durch einen Luftstrom aufgewirbelt werden kann, wie zum Beispiel Naturfasern oder synthetische Fasern, ein fein zerkleinertes synthetisches Material oder aufbereitete Schäume, fein zerhacktes Holz, gemahlener Kork, Sägestaub oder Ähnliches sein.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist der Ausdruck "lange Fasern" so zu verstehen, dass er Fasern bedeutet, deren Länge gleich oder größer als 3 bis 5 mm, bis zu mehreren Zentimetern oder mehr beträgt, wobei die Verwendung von fortlaufenden Fasern nicht ausgeschlossen ist.
Wenn Füllstoffe in Formprodukten verwendet werden, ist es oft ein Problem, eine entsprechende Mischung der chemischen Reaktionsmittel mit dem Füllmaterial zu erhalten, insbesondere wenn das Füllmaterial lang oder zerbrechlich ist.
GB-A-1,245,216 und U.S. Patent 4,397,407 behandeln beide Verfahren des Einbettens von aufwirbelbarem Füllstoff in gießfähige Gemische von reaktiven chemischen Komponenten.
In GB-A-1,245,216 wird ein Füllstoff aus Verstärkungsfasern direkt einer Mischkammer zugeführt. Die reaktiven chemischen Komponenten werden in die Mischkammer unter rechten Winkeln zu den Verstärkungsfasern injiziert, wenn sie durch die Mischkammer fließen.
Dieses Verfahren ist insbesondere unzureichend, wenn der Füllstoff lange oder sehr lange Fasern aufweist, die in großen Mengen zugeführt werden. Der den Füllstoff transportierende Luftstrom und das Füllmaterial selbst verhindern den engen Kontakt und das homogene Mischen der reaktiven chemischen Komponenten mit dem Füllstoff. Daher enthält das sich ergebende Formprodukt Defekte, die es kommerziell unakzeptabel machen.
US-Patent 4,397,407 beschreibt im Gegensatz dazu ein Verfahren, in dem ein aufschäumbares Gemisch von reaktiven chemischen Komponenten zuerst in einer getrennten Hochdruckmischkammer vorbereitet und dann durch einen langen Kanal einer ringförmigen Kammer zugeführt werden, in welcher das reaktive chemische Gemisch mit einem Füllstoff, wie zum Beispiel mit einem granulatförmigen Material oder mit kurzen Verstärkungsfasern gemischt wird. Der Zuführkanal führt zu einer Seite der ringförmigen Kammer, die einem Auslaufkanal gegenüber liegt, und er wird durch ein bewegbares, rohrförmiges Element gebildet, das durch einen zusätzlichen Kanal mit der Mischkammer verbunden ist.
Dieses Verfahren führt ebenfalls zu einem unzureichenden Mischen des Füllstoffs mit den Reaktionsmitteln. Es ist zu verzeichnen, dass, wenn das reaktive flüssige Gemisch in Kontakt mit dem Fluss der Fasern oder des Füllmaterials kommt, das reaktive flüssige Gemisch den größten Teil seiner Turbulenz und kinetischen Energie innerhalb des langen Zuführkanals verloren hat. In der Zeit, in welcher die Reaktionsmittel und der Füllstoff kombiniert sind, weisen sie beide einen im Wesentlichen parallelen Fluss auf.
Das vorher beschriebene Mischverfahren ist auch unzureichend, wenn der Füllstoff aus einem empfindlichen Material besteht, wie zum Beispiel aus Glasfasern, welche einfache, lineare Wege ohne ausgeprägte Krümmungen und Ablenkungen erfordern.
US-Patent 4,332,335, dessen vollständige Offenbarung hierin durch Bezug einbezogen ist, beschreibt einen Kopf für das Mischen und Ausstoßen von reaktiven flüssigen Komponenten. Die darin beschriebene Vorrichtung weist eine kleine Mischkammer getrennt von dem Auslaufkanal auf, in welcher das Mischen unter den Bedingungen einer hohen Turbulenz erfolgt, um so die Probleme zu vermeiden, die aus dem unvollständigen Mischen der reaktiven flüssigen Komponenten entstehen. Bei der Verwendung dieses Mischkopfes wird der Gemischfluss direkt in einen geschlossenen Hohlraum einer Form injiziert oder durch Hin- und Herbewegen des Mischkopfes eine offene Form gegossen.
GB-A-1,579,543, WO-A-96/35562 und die entsprechende DE-A- 196 18 393 beschreiben eine andere Vorrichtung, in der ein zylinderförmiger Fluss von flüssigem Polyurethanmaterial durch einen ringförmigen Kanal hindurchfließt und außerhalb dieses Kanals mit den Verstärkungsfasern in Kontakt kommt, die axial durch einen Zuführkanal fließen, der konzentrisch zu dem ringförmigen Kanal angeordnet ist.
Insbesondere beschreibt WO-A-96/35562 ("WO'S62") eine Vorrichtung für die Produktion von Formstücken aus formbarem synthetischem Material, das lange Verstärkungsfasern enthält, und empfiehlt, dass ein Hochdruckmischkopf für die Produktion von Polyurethanmaterialien zur Anwendung kommen kann. In WO'S62 ist die Polyurethanmischkammer mit einem ringförmigen Auslaufkanal über einen Zwischenkanal verbunden, so dass das reaktive Polyurethangemisch getrennt vorbereitet wird und dem Auslaufkanal in Form eines zylindrischen Flusses zugeführt wird. Der zylindrische Fluss des reaktiven Polyurethangemisches kommt dann mit dem Verstärkungsfasermaterial in Kontakt.
Gemäß den Beispielen von Fig. 1 und 2 von WO'562 werden die Füllstoff-Verstärkungsfasern durch ein getrenntes Rohrelement dem Auslaufkanal zugeführt, das koaxial entlang einem Reinigungselement und darüber hinaus verläuft, das sich innerhalb des ringförmigen Kanals hin- und herbewegt, um die Mischung auslaufen zu lassen.
Die Verwendung eines bewegbaren, getrennten Reinigungselements für das Zuführen der Verstärkungsfasern kann die Leistungsfähigkeit dieses Vorrichtungstyps stark einschränken, da das rohrförmige Reinigungselement innere und äußere Oberflächen aufweist, die an den zylindrischen Oberflächen des ringförmigen Auslaufkanals haften. Diese Oberflächen werden während jedes Zuführungsschritts durch das Polyurethangemisch vollständig benetzt. Der Film des Gemisches, der zwischen den Trennungsflächen verbleibt, neigt dazu, zu bewirken, dass das Reinigungselement stark an der doppelten Oberfläche des ringförmigen Kanals haftet und dadurch die Bewegung dieses Reinigungselements vollständig blockiert. Um dieses Blockierproblem zu vermeiden, muss ein großer Hydraulikzylinder für das Reinigungselement verwendet werden. Dieser Hydraulikzylinder muss in der Lage sein, eine Kraft auszuüben, die stark genug ist, um das Reinigungselement während seiner Rückwärtsbewegung freizugeben. Die Notwendigkeit der Verwendung eines Hydraulikzylinders mit diesen Fähigkeiten erhöht das Gewicht der gesamten Mischvorrichtung und gestaltet die Hin- und Herbewegung der Mischvorrichtung über dem Hohlraum einer Form sehr schwierig.
Wenn man ferner die Tatsache berücksichtigt, dass die Adhäsionskräfte zwischen den sich berührenden Oberflächen des Auslaufkanals und des Reinigungselements bei einer Länge gleich oder geringfügig mehr als dem Fünffachen ihres Durchmessers die Zugfestigkeit von Stahl überschreiten, muss geschlussfolgert werden, dass die Abmessungen der resistenten Querschnitte des Reinigungselements in hohem Maße vergrößert werden müssen, um das rohrförmige Reinigungselement und das Faserzuführrohr vor einem Bruch oder einer Beschädigung zu bewahren. Schließlich dämpft gemäß WO'562 die Verwendung einer Zwischenverbindung zwischen der Mischkammer und dem ringförmigen Kanal, der das Polyurethangemisch ableitet, den Fluss des Polyurethangemisches und bewirkt dadurch, dass die Verstärkungsfasern nichtwirksam gemischt und homogen mit dem Reaktionsmittelgemisch benetzt werden.
Ferner erfordert der Zwischenverbindungskanal sein eigenes Reinigungselement und entsprechende hydraulische Betätigungszylinder.
Alle diese Faktoren führen zu Komplikationen bei der Konstruktion der Mischvorrichtung und erhöhen das Gewicht und die Abmessungen der Vorrichtung selbst.
Obwohl WO'562 anführt, dass die Konstruktion durch direktes Verbinden der Mischkammer mit einem Auslaufkanal, in den sich das Rohrelement für das Zuführen der Verstärkungsfasern erstreckt, vereinfacht werden könnte, würde auch diese Konstruktion noch unter den vorher behandelten Nachteilen leiden.
WO'S62 offenbart somit keine geeignete, leichte Vorrichtungskonstruktion, die ein verbessertes Benetzen der Füllmaterialien und eine Verbesserung der Betriebsbedingungen erlauben würde. Die allgemeinen Merkmale von WO'S62 sind auf das Bereitstellen eines getrennten, zentral angeordneten Rohres für das Zuführen der Fasern beschränkt, das sich in axialer Richtung durch die Längsbohrung des Reinigungselements und darüber hinaus erstreckt, um in den ringförmigen Auslaufkanal vorzustehen und sich dadurch zu erstrecken, um das Polyurethangemisch zu einem zylindrischen Fluss zu formen, der den zentralen Fluss der Verstärkungsfasern umgibt, wobei sich sowohl der zylindrische als auch der zentrale Fluss koaxial in dieselbe Richtung bewegen.
Bei der Produktion von Formstücken aus Polyurethanmaterial, insbesondere von Formstücken, die aufwirbelbare Füllmaterialien enthalten, ist es allgemein von großer Bedeutung, eine Vorrichtung oder Mischvorrichtungen zur Verfügung zu haben, die in ihrer Konstruktion einfach und äußerst leicht sind, jedoch noch einen hohen Misch- und Imprägnierungsgrad des Füllmaterials mit dem flüssigen Polyurethangemisch erlauben, bevor das Polyurethangemisch und das Füllmaterial den inneren Hohlraum der Form erreichen oder auf die Oberfläche eines darunterliegenden Substrats gegossen werden.
Das Gewicht ist ein wesentlicher Faktor bei der Verwendung einer solchen Mischvorrichtung, da sie normalerweise über der Substratoberfläche durch den sich hin- und herbewegenden Arm einer Positionierungsvorrichtung, wie zum Beispiel durch eine Robotervorrichtung gehandhabt wird. Die Mischvorrichtung muss, um unerwünschte örtliche Materialansammlungen zu verhindern, schnell und in verschiedenen Richtungen, entlang einem vorbestimmten Weg hin- und herbewegt werden, wobei die Vorrichtung plötzlichen Richtungswechseln und bei jeder Bewegungsumkehr starken Brems- und Beschleunigungskräften ausgesetzt ist.
Außerdem ist es bei der Produktion von größeren Stücken, z. B. von Platten für Autotüren, allgemein erforderlich, eine beträchtliche Anzahl von Takten, zum Beispiel 10 oder mehr, durch die Mischvorrichtung auszuführen, um die gesamte Oberfläche der Form zu überdecken. Eine solche Aktivität wird häufig innerhalb eines äußerst kurzen Zeitraums, zum Beispiel innerhalb von 8 bis 10 Sekunden, ausgeführt, um den Auslauf abzuschließen, bevor das Polyurethangemisch zu reagieren beginnt.
Bei der allgemeinen Verwendung der Mischvorrichtung für das Hinzufügen von Füllmaterialien zu dem Polyurethanmaterial, wie es in DE-A-196 18 393 und DE-U-29 70 4560 beschrieben ist, neigt der Fluss des sich ergebenden Polyurethan-Füllmaterial-Gemisches, das in den Hohlraum einer Form oder auf die Oberfläche eines darunterliegenden Substrats verteilt werden muss, dazu, eine im Wesentlichen kegelförmige oder flache Form anzunehmen. Die Abmessungen dieses Flusses hängen von der Konstruktion der Mischvorrichtung und vom Mischverfahren ab, sowie von den Verfahren, durch welche die beiden Flüsse miteinander kombiniert oder gemischt werden. Daher hängt die Breite der Oberflächenüberdeckung jedes Taktes der Mischvorrichtung in eine gegebene Richtung auf dem darunterliegenden Substrat nicht nur von dem Abstand zwischen dieser Mischvorrichtung und dem darunterliegenden Substrat ab, sondern in einem hohen Maße auch von den Kennwerten des imprägnierten Füllmaterials und/oder Verstärkungsmaterials und von den Verfahren ab, durch welche das Polyurethangemisch und das Füllmaterial kombiniert oder gemischt werden.
Allgemein kann die Oberflächenüberdeckungsbreite jedes Taktes nicht in irgendeiner Art und Weise gesteuert werden. Daher muss, wenn große Platten oder Stücke mit großen Abmessungen produziert werden, die Mischvorrichtung mehrere Takte ausführen, indem sie sich über das darunterliegende Substrat hin- und herbewegt. Die Mischvorrichtung muss das darunterliegende Substrat innerhalb eines äußerst kurzen Zeitraums überdecken, bevor das Polyurethangemisch zu reagieren beginnt.
Wegen des beträchtlichen Gewichts der Mischvorrichtung sowie wegen der Trägheitskräfte, die bei jeder Veränderung oder Umkehr der Bewegung ausgeübt werden, sind äußerst robuste und voluminöse Betätigungssysteme erforderlich. Weiterhin ist bei hohen Geschwindigkeiten, mit denen sich die Mischvorrichtung bewegt, die Verteilung des gemischten Materials in einigen Fällen ungleichmäßig, wodurch ein unzulängliches Produkt entsteht. Schließlich hat ein Polyurethan-Füllmaterial-Gemisch, insbesondere wenn das Füllmaterial sich aus langen Fasern zusammensetzt, wenig oder überhaupt keine Neigung, auf der Ablagerungsoberfläche zu fließen. Sie neigt daher dazu, in derselben Zone zu verbleiben, in der sie anfänglich abgelagert wurde.
Es ist daher wichtig, eine Mischvorrichtung zur Verfügung zu haben, die nicht nur leicht und in der Konstruktion einfach ist, sondern die gleichzeitig in der Lage ist, große Mengen des Polyurethangemisches innerhalb äußerst kurzer Zeiträume zu liefern. In dem Fall, wenn ein Füllmaterial mit dem Polyurethangemisch gemischt ist, ist es auch wichtig, dass das Füllmaterial, insbesondere wenn es aus langen Fasern besteht, im Wesentlichen homogen mit dem Polyurethangemisch direkt in der Mischvorrichtung selbst imprägniert und benetzt wird, um eine gute Imprägnierung und eine im Wesentlichen homogene Verteilung innerhalb einer kurzen Zeit zu sichern. Diese Merkmale sind erforderlich, um optimale strukturelle Eigenschaften in den sich ergebenden hergestellten Platten oder Formstücken zu erreichen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine selbstreinigende Hochdruckmischvorrichtung für die Produktion von Formstücken aus Polyurethanmaterial, das ein Füllmaterial enthält, zur Verfügung zu stellen. Diese Mischvorrichtung entspricht der Forderung nach einer einfachen Konstruktion und nach einer äußerst leichten Vorrichtung. Diese Konstruktion erlaubt weiterhin schnelle Verschiebungen, ohne den Beschleunigungen bei jeder umkehr oder Veränderung ihrer Bewegung großen Widerstand entgegenzusetzen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mischvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche das Imprägnieren von Füllmaterial innerhalb der Mischvorrichtung verbessert. Dieses Imprägnieren erfolgt unter den Bedingungen einer starken Turbulenz, so dass in den Formstücken das Füllmaterial stark mit dem Polyurethanmaterial der Komposit-Formstücke gebunden ist.
Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine selbstreinigende Hochdruckmischvorrichtung für eine praktische, universelle Verwendung zur Verfügung zu stellen. Aufgewirbeltes Füllmaterial jedes Typs oder jeder Art kann der Vorrichtung durch einen Strom von mitreißender Luft zusätzlich zugeführt werden.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, kann daher für eine große Anzahl von Anwendungen verwendet werden. Sie kann zum Beispiel beim Formen einer breiten Vielzahl von mechanischen oder strukturellen Stücken verwendet werden. Sie kann auch in expandierten Schäumen, sowohl festen als auch flexiblen, verwendet werden, in denen das Füllmaterial vorteilhafterweise ein neues, erneut verwendetes oder wiederaufbereitetes Material sein kann, und erlaubt somit die Produktion von wirtschaftlicheren und relativ billigen Formstücken.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Produktion von Polyurethanmaterial zur Verfügung zu stellen, und die Aufbringung des Gemisches auf einer größeren Fläche eines Substrats oder des Hohlraums einer Form in einer kurzen Zeit zu erreichen. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums ausgeführt werden, wobei eine homogene Verteilung des Gemisches über die Aufbringung beibehalten wird. Alles das erfolgt ohne schwerfällige und komplizierte Betätigungssysteme für das Bewegen der Vorrichtung selbst.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, wie sie vorher definiert sind, welche es erlauben, die Mischvorrichtung mit einer relativ geringen Geschwindigkeit zu bewegen und dadurch die Probleme zu reduzieren, die mit der Trägheit und mit der Umkehr und den Veränderungen in der Bewegung der Vorrichtung im Zusammenhang stehen.
Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Produktion von Polyurethanmaterial zur Verfügung zu stellen, wie sie vorher definiert sind, weiche zusätzlich zu dem Ermöglichen einer gleichmäßigen Verteilung des gespritzten oder aufgebrachten Materials, auch ein Produkt mit guten Kennwerten herstellen und eine ausreichende Steuerung für das Spritzen oder Aufbringen des Polyurethan- und/oder des mitgeführten Verstärkungsmaterials, das aus der Vorrichtung ausgelaufen ist, zum Beispiel in eine Form, erlauben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, sowohl ein Verfahren als auch eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, wie sie vorher definiert sind, welche es erlauben, die Aufbringung des Polyurethan- und/oder des mitgeführten Verstärkungsmaterials in Abhängigkeit von den Abmessungskennwerten, der Gestalt der Form oder des Formstücks und von der Relativbewegung zu steuern, die zwischen der Vorrichtung und der Form der Oberfläche, auf dem das Ablagern erfolgt, erforderlich ist.
Ein erster innovativer Aspekt der Erfindung liegt in der gleichzeitigen Injektion oder Ko-Injektion des Polyurethangemisches und eines nicht reaktiven Füllmaterials. Das wird unter Verwendung einer Mischvorrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht, in welcher der Aufprallpunkt zwischen dem Polyurethangemisch und dem Füllmaterial dicht an der Mischkammer gehalten wird, um das Benetzen oder die Sättigung des Füllmaterials zu verbessern, bevor die Mischung die Oberfläche einer Form erreicht.
Ein zweiter innovativer Aspekt der Erfindung liegt in der Verwendung von Luftstrahlen, um den Fluss des Polyurethangemisches oder den Fluss des gemischten Gemisches von Polyurethan und dem Füllmaterial abzulenken, um das Aufbringen des Gemisches auf einer großen Fläche eines Substrats oder in den Hohlraum einer Form in einer kurzen Zeit durch eine hin- und hergehende Bewegung in der Mischvorrichtung zu erreichen und zu steuern.
Andere Aufgaben, Merkmale und Kennzeichnungen der Erfindung werden nach der Betrachtung der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Ansprüchen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich, die alle einen Teil der vorliegenden Darlegung darstellen und in der die Bezugszahlen entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die beigefügten Zeichnungen stellen die vorliegende Erfindung bildlich dar und zeigen in
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführung der Hochdruckmischvorrichtung gemäß der Erfindung in Längsrichtung;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht, geschnitten entlang einer Linie II-II von Fig. 1;
Fig. 3 eine vergrößerte Einzelheit, die eine zweite Ausführung der Mischkammer der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 4 eine Ansicht einer Form und einer Hochdruckmischvorrichtung, versehen mit Luftstrahlen, die das Verfahren der Erfindung erläutert;
Fig. 5 eine Schnittansicht, geschnitten entlang der Linie V-V von Fig. 4, während der Erzeugung eines Luftstrahls auf einer Seite des Materialflusses, das in die Form ausläuft;
Fig. 6 eine Schnittansicht, ähnlich der von Fig. 5, mit dem Luftstrahl auf der Seite erzeugt, die der in Fig. 5 dargestellten gegenüber liegt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben.
Gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung produziert eine selbstreinigende Hochdruckmischvorrichtung ein Polyurethangemisch, das ein Füllmaterial oder Verstärkungsmaterial enthält. Das aufgewirbelte Füllmaterial wird der Vorrichtung zugeführt und mit einem chemisch reaktiven Polyurethangemisch gemischt. Das sich ergebende Gemisch wird dann auf ein Substrat oder in den Hohlraum einer Form geleitet. Die Vorrichtung gemäß dieser ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung weist eine Mischkammer auf, in der wenigstens eine erste und eine zweite Polyurethankomponente gemischt werden. Dieses Gemisch fließt dann in einen Auslaufkanal, der mit der Mischkammer verbunden ist, zu einer zweiten Mischzone an dem hinteren Ende des Auslaufkanals. Ein längliches Reinigungselement, das in dem Auslaufkanal angeordnet ist, ist zwischen einer vorgeschobenen Position, welche den Auslass der Mischkammer schließt, und einer zurückgezogenen Position, welche den Auslass der Mischkammer zu dem Auslaufkanal öffnet, hin- und herbewegbar. Eine Kanaleinrichtung für das Zuführen des aufgewirbelten Füllmaterials erstreckt sich in Längsrichtung in Bezug auf das Reinigungselement des Auslaufkanals und öffnet sich direkt in die Mischzone des Auslaufkanals an der Auslassöffnung der Mischkammer, wenn das Reinigungselement zurückgezogen ist. Der Fluss des Füllmaterials von dem Zuführkanal wird gleichzeitig mit dem Polyurethangemisch injiziert und trifft auf das Polyurethangemisch, das unter den Bedingungen starker Turbulenz aus der Mischkammer austritt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Kanal für das Zuführen des Füllmaterials durch eine axiale Bohrung bereitgestellt, die sich in Längsrichtung entlang der Länge des Reinigungselements erstreckt, das in dem Auslaufkanal vorgesehen ist. Auf diese Weise können das Reinigungselement und der Zuführkanal für das Füllmaterial vorteilhaft als ein einzelnes Element gebildet werden, das einem beträchtlichen mechanischen Widerstand und hohen axialen Beanspruchungen widerstehen kann. Der Kanal für das Zuführen des Füllmaterials kann koaxial mit dem Reinigungselement angeordnet sein oder zu einer Seite des Auslaufkanals hin versetzt sein, zum Beispiel zu der Seite, die der Mischkammer gegenüberliegt.
Das vordere Ende des Reinigungselements, an dem sich der Zuführkanal für das aufgewirbelte Füllmaterial öffnet, kann in einer zylindrischen Oberfläche enden, die fluchtend mit der oberen Wand der Mischkammer ist, wenn sich das Reinigungselement in einer zurückgezogenen Position befindet. Alternativ kann das vordere Ende in einer geformten Oberfläche enden, wie zum Beispiel in einer kegelförmigen Oberfläche. Eine solche geformte Oberfläche richtet den Fluss des Polyurethangemisches, der aus der Mischkammer austritt, in eine Richtung, die durch die geformte Oberfläche gesteuert wird. Wenn die geformte Oberfläche kegelförmig ist und der Auslaßöffnung der Mischkammer gegenüberliegt, wird das Polyurethangemisch rund um die kegelförmige Oberfläche und nach unten von der Öffnung des Zuführkanals für das Füllmaterial weg, zu der hinteren Mischzone des Auslaufkanals, wo der Fluss des Füllmaterials auf den Fluss des Polyurethangemisches von der Mischkammer trifft, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, und dann in Richtung zu dem Auslaufkanal abgelenkt. Diese Konstruktion verringert die Gefahr, dass sich das Polyurethangemisch innerhalb des Zuführkanals aufstaut und ihn verstopft.
Die Mischvorrichtung kann auch mit einer Einrichtung zum Verändern und Einstellen der Position des Reinigungselements und dadurch der Position des vorderen Endes relativ zu dem Auslass aus der Mischkammer versehen sein. Durch Einstellen der Position des Reinigungselements kann man auch die Flussbedingungen des Polyurethangemisches verändern, das aus der Mischkammer austritt. Das verändert dann die Turbulenz des Polyurethangemisches in der Zone, wo es auf den Fluss des aus dem Zuführkanal des Reinigungselements kommenden aufgewirbelten Füllmaterials trifft und ihn schneidet, und innerhalb und entlang dem Auslaufkanal. Gemäß einem anderen abhängigen Aspekt verwendet die vorliegende Erfindung Luftstrahlen, die geeignet ausgerichtet und in Richtung auf den sich ergebenden Fluss des Füllmaterials und/oder des Polyurethangemisches aus dem Auslaufkanal gerichtet sind. Diese Luftstrahlen sind so positioniert, dass sie eine seitliche Ablenkung des Gemischflusses zu einer oder zu mehreren Seiten des Auslaufkanals bewirken. So können zum Beispiel kontinuierliche und oder wechselnde Luftstrahlen während des Auslaufens aktiviert werden, zum Beispiel an verschiedenen Punkten, während sich die Mischvorrichtung entlang einem vorbestimmten Weg bewegt, wodurch der Auslauf der sich ergebenden Mischung sich in einer gewünschten Weise in den Hohlraum der Form oder auf eine Oberfläche des darunterliegenden Substrats bewegt.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführung bezieht sich die Erfindung auf eine Hochdruckmischvorrichtung für die Produktion von Formstücken aus Polyurethanmaterial unter Verwendung von zum Beispiel langen Verstärkungsfasern aus zum Beispiel Glasfasern oder Kohlenstoffasern.

Beispiele

Eine erste Ausführung der Vorrichtung und die allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit der Produktion von Polyurethanmaterial, das ein Füllmaterial enthält, das zum Beispiel aus langen Verstärkungsfasern besteht, wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben.
Dieselbe Vorrichtung von Fig. 1 und 2 kann auch für die Produktion vom Polyurethanmaterial mit jeder anderen Art von Füllstoff aus nicht reaktiven Material verwendet werden. Die Vorrichtung stellt eine einfache Konstruktionslösung für einen leichten Mischkopf dar, die zuverlässig im Betrieb und geeignet für die Verwendung eines vollständigen Bereichs von verschiedenen Füllmaterialien ist, mit wenig oder keinen Modifikationen für die Ausrüstung zum Zuführen des Füllmaterials.
Wie in den vorher angeführten Figuren gezeigt ist, weist die Vorrichtung für die Produktion eines Polyurethangemisches mit Verstärkungsfasern gemäß der Erfindung eine selbstreinigende Hochdruckmischeinrichtung 10 auf, die mit einer kleinen Mischkammer 11 versehen ist, die einen Durchmesser hat, der von 5 bis 20 mm reicht. Die Mischkammer 11 öffnet sich direkt in eine zweite Mischzone an dem rückwärtigen oder hinteren Ende eines zylindrischen Auslaufkanals 12, der nach dem Zurückziehen des Hauptreinigungselementes oder Stopfenelements 27 geöffnet wird. Die Längsachse des Auslaufkanals ist in einem Winkel von etwa 90º in bezug auf die Längsachse der Mischkammer angeordnet.
Die Mischkammer 11 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form. Eine relativ kleine Bohrung, die denselben Durchmesser wie die Mischkammer 11 aufweist, erstreckt sich von der Rückseite der Mischkammer 11 in den Körper 10, um das Hin- und Herbewegen eines ersten Reinigungselements 13 zu erlauben. Das erste Reinigungselements 13 hat die Form eines Zylinderstopfens, der mit dem Kolben 14 eines hydraulischen Betätigungszylinders 15 verbunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist die Länge der Mischkammer 11 etwa gleich dem doppelten Durchmesser der vorher beschrieben Bohrung oder kleiner. Die Länge der Mischkammer 11 entspricht im Wesentlichen einem kurzen Hub des Reinigungselements 13, das sich daher schnell zwischen seiner zurückgezogenen und seiner vorgeschobenen Position bewegen kann. In der zurückgezogenen Position, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, öffnet das Reinigungselement 13 die Düsen der Injektoren 16 und 17 für die Polyurethankomponenten. In der zurückgezogenen Position öffnet das Reinigungselement 13 auch den Auslass 11' der Mischkammer 11 in Richtung zu dem Auslaufkanal 12. In seiner vorgeschobenen Position schließt das Reinigungselement 13 die Injektoren 16 und 17 und die Auslassöffnung 11' der Mischkammer.
Jeder Injektor 16 und 17 ist, wie schematisch in Fig. 2 dargestellt, über eine Dosierpumpe 18 und 19 mit entsprechenden Tanks 20 und 21 verbunden, welche die Polyurethankomponenten speichern. Diese Komponenten können direkt der Mischkammer 11 zugeführt werden, oder sie können durch die Längsschlitze 22 und 23 in dem Reinigungselement 13 und den entsprechenden Rückführkanälen 24, 25 zurückgeführt werden.
Wie vorher erwähnt, wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung die Vorrichtung für die Produktion von Formstücken aus Polyurethanmaterial verwendet, die mit, zum Beispiel, langen Verstärkungsfasern durchsetzt sind. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird ein Fluss von Fasern 34 mit einem Polyurethangemisch 35 innerhalb der Mischvorrichtung in einer Mischzone 12' mit hoher Turbulenz an dem hinteren Ende des Auslasskanals 12 ko-injiziert oder direkt in Kontakt gebracht. Diese hohe Turbulenz erlaubt einen höheren Imprägnierungsgrad der Fasern 34 mit dem Polyurethangemisch 34, während sie sich entlang dem Auslaufkanal 12 und in Richtung zu dem Hohlraum einer darunterliegenden Form oder Substrats bewegen.
Es ist daher wichtig, die Bedingungen hoher Turbulenz in dem Polyurethangemisch 35, das aus der Mischkammer 11 austritt, aufrechtzuerhalten, wenn es in die Mischzone 12' des Auslaufkanals 12 eintritt. Es ist ebenfalls wichtig, dass diese Bedingungen hoher Turbulenz entlang dem Auslaufkanal 12 und bis zu der Auslassöffnung in Richtung zu dem Hohlraum der Form aufrechtzuerhalten.
Es ist weiterhin wichtig, dass der Fluss der ankommenden Fasern 34 einen linearen Weg beibehält und unmittelbar mit dem Fluss des Gemisches 35, das aus der Mischkammer 11 austritt, in Kontakt kommt oder darauf auftrifft.
Daher sollte gemäß dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung die Länge des Auslasskanals 12 zwischen der Längsachse der Mischkammer 11 und dem vorderen Ende dieses Kanals so kurz wie möglich sein. Allgemein sollte die Länge des Auslaufkanals 12 etwa gleich oder weniger als das doppelte seines Durchmessers betragen und die Querschnittsfläche des Kanals 12 vom Zweifachen bis zum Fünffachen der Querschnittsfläche der Mischkammer 11 reichen.
Wie in dem Querschnitt von Fig. 1 dargestellt ist, erstreckt sich der Auslaufkanal 12 zurück in die zylindrische Bohrung 26. Das längliche Reinigungselement 27, das mit dem Kolben 28 eines entsprechenden, hydraulisch betätigten Zylinders 29 verbunden ist, kann sich in der Zylinderbohrung 26 hin- und herbewegen.
Das Reinigungselement 27 hat eine axiale Bohrung 30 für das Zuführen der Fasern 34. Die axiale Bohrung 30 endet an dem vorderen Ende des Reinigungselements 27 und öffnet sich dort.
Die axiale Bohrung 30 definiert somit den Zuführkanal für die Fasern 34. Eine rohrförmige Verlängerung 27', die aus einem Stück mit dem Reinigungselement 27 und mit demselben Kolben 28 des Hydraulikzylinders 29 ausgebildet ist, setzt sich an der Rückseite des Kolbens 28 fort. Die rohrförmige Verlängerung 27' des Faserzuführkanals führt durch die Endwand des Zylinders 29 und endet in einem trichterförmigen Element 31. Das trichterförmige Element 31 ist für das Einführen eines Bündels von Fasern, zum Beispiel über eine Walzenzuführeinrichtung 32 vorgesehen.
Schließlich bezeichnet die Bezugszahl 33 in Fig. 1 schematisch eine Druckluftquelle für das Zuführen der Fasern 34 von der Zuführvorrichtung 32 entlang dem Zuführkanal 30 in Richtung zu dem hinteren Ende des Auslaufkanals 12. In der Mischzone 12' an der Rückseite des Auslaufkanals 12 treffen die Fasern auf den turbulenten Fluss des Polyurethangemisches 35, der aus der Mischkammer 11 austritt. Das Polyurethangemisch 35 fließt in einem im Wesentlichen rechten Winkel in Bezug auf den Fluss der Fasern selbst.
Ein anderer abhängiger Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in der Ablenkung des Polyurethangemisches, das aus der Mischkammer 11 austritt, um zu verhindern, dass es nach oben fließt und den Faserzuführkanal 30 verstopft. Gemäß diesem Aspekt endet das vordere Ende des Reinigungselements 27 in einer geformten Oberfläche, wie zum Beispiel in einer kegelförmigen Oberfläche 27", die geeignet abgeschrägt und an oder nahe der Auslassöffnung 11' der Mischkammer 11 im zurückgezogenen Zustand des Reinigungselements 27 angeordnet ist, wie es In Fig. 1 dargestellt ist. Diese Flussablenkungseinrichtung unterstützt auch die Verteilung des Polyurethangemisches 35, das aus der Mischkammer 11 austritt, nach unten und unmittelbar rund um die Fasern 34 herum, die aus dem Zuführkanal kommen, und in sie hinein. Diese Flussablenkung sichert somit einen hohen Imprägnierungsgrad der Fasern mit dem Polyurethangemisch an dem hinteren Ende des Kanals 12 und entlang dem gesamten Verlauf dieses Kanals, und unterstützt die Erzeugung optimaler Betriebsbedingungen für die Mischvorrichtung.
Die Beschaffenheit und die Länge der Verstärkungsfasern 34 und, .allgemeiner, die Kennwerte des lose oder in aufgewirbeltem Zustand zugeführten Füllmaterials können in Abhängigkeit von den Formbedingungen und den Kennwerten der zu produzierenden Formstücke variieren. Es ist manchmal erforderlich, die Turbulenzbedingungen des Polyurethangemisches an dem Ausgang 11' der Mischkammer 11 zu verändern, um die Imprägnierungsbedingungen für das Füllmaterial innerhalb des Auslaufkanals 12 zu verbessern. Diese Turbulenzveränderung kann auf verschiedene Weise erreicht werden. So kann zum Beispiel die Auslassöffnung der Mischkammer 11 durch das Reinigungselement 27 gedrosselt werden. Das Reinigungselementende, das kegelförmig ausgebildet sein kann, kann in Bezug auf die obere Wand der Mischkammer in einstellbarer Weise geringfügig vorgeschoben sein.
Zu diesem Zweck ist es, wie schematisch bei 36 in Fig. 1 dargestellt ist, möglich, die Verwendung einer geeigneten Einstelleinrichtung für den Kolben 28 des Hydraulikzylinders 29 des Reinigungselements 27 vorzusehen. Durch Verändern der Position des vorderen Endes des Reinigungselements 27 relativ zu dem Auslass 11' des Mischkanals 11, ist es möglich, den Drosselungsgrad des Flusses des austretenden Gemisches und somit die Turbulenzbedingungen des Polyurethangemisches sowie die Imprägnierungsbedingungen für die Verstärkungsfaser zu verändern.
Eine zweite Ausführung der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 der beigefügten Zeichnungen dargestellt und bezieht sich auf einen modifizierten Teil der Vorrichtung von Fig. 1.
Die Erfindung, wie sie in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist, weist das gemeinsame Merkmal auf, dass der Faserzuführkanal 30 einstückig mit dem Reinigungselement 27 ausgebildet ist. Die Erfindung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, unterscheidet sich dadurch von der in Fig. 1, dass die äußere zylindrische Oberfläche des Reinigungselements 27 sich bis zu ihrem vorderen Ende fortsetzt und es somit ermöglicht, in Flucht mit der oberen Oberfläche der Mischkammer 11 angeordnet zu werden, wie es durch die ausgezogenen Linien in Fig. 3 dargestellt ist.
In beiden Fällen kann, wie es durch die unterbrochenen Linien 27''' in Fig. 3 dargestellt ist, der Auslass der Mischkammer 11 durch geeignetes Verändern der Position des vorderen Endes des Reinigungselements 27 gedrosselt werden. Das kann durch Einstellen der Position der Anschlageinrichtung 36 erreicht werden.
In Fig. 1 ist der Füllmaterial-Zuführkanal 30 durch eine Längsbohrung ausgebildet, die zu der Seite des Auslaufkanals 12 gegenüber der Mischkammer 11 versetzt ist. Im Gegensatz dazu, ist im Fall von Fig. 3 der Kanal 30 durch eine Längsbohrung bereitgestellt, die sich koaxial mit dem Reinigungselement 27 erstreckt.
In Fig. 4 ist allgemein eine offene Form 40 mit einem geformten Hohlraum 41 für das Formen eines Stückes von geeigneter Ausgestaltung dargestellt. Dieser Hohlraum könnte zum Beispiel verwendet werden, um eine Platte zu formen, die aus Polyurethanschaum besteht, welcher ein Füllmaterial und/oder Verstärkungsmaterial enthält, wie zum Beispiel lange oder kurze Glasfasern.
Die Bezugszahl 10 stellt, in Form eines Beispiels, eine Hochdruckmischeinrichtung dar, wie sie vorher beschrieben wurde, die sich in Richtung der Doppelpfeile entlang einem Verteilungsweg für das Auslaufen eines Flusses eines Komposit-Polyurethanmaterials hin- und herbewegen kann. Der Flussweg für das Material hängt von der speziellen Ausgestaltung der Form oder des zu produzierenden Stückes ab. In dem Beispiel von Fig. 4 erfolgt die Verteilung durch Bewegen der Vorrichtung 10 entlang parallelen Bändern, wie sie schematisch durch die unterbrochenen Linien angezeigt sind. Es ist so zu verstehen, dass anstelle der Mischvorrichtung gemäß Fig. 1 und 3 jeder andere Typ einer Mischvorrichtung verwendet werden kann, vorausgesetzt, dass sie für den Zweck der Erfindung geeignet ist.
Gemäß diesem zweiten abhängigen Aspekt der Erfindung, wie er schematisch in den Fig. 4 bis 6 dargestellt ist, kann das Band -L gleichmäßig unterteilt sein, zum Beispiel in Längsrichtung in dis Komplementärstreifen L1 und L2. Jeder dieser Streifen kann während der Bewegung der Vorrichtung 10, zum Beispiel nach rechts in Fig. 4, gleichzeitig mit dem Fluss des Polyurethanmaterials und der Verstärkungsfasern überdeckt werden.
Gemäß diesem zweiten abhängigen Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann das Polyurethan- und Fasergemisch 42 in einem größeren Band L abgelegt werden, das zwei- oder dreimal so groß ist, wie das Band, das unter Verwendung einer herkömmlichen Mischvorrichtung erreicht werden kann, indem geeignete Blasdüsen 43 und 44 verwendet werden, um den Fluss des Materials 42 zu verbiegen oder abzulenken, der aus dem Auslaufkanal 12 der Vorrichtung austritt. Diese Blasdüsen können zum Beispiel an einer oder mehreren Seiten, oder alternativ an gegenüberliegenden Seiten in Bezug auf die Längsrichtung des Bandes L angeordnet sein. Die Blasdüsen 43, 44 können auch wahlweise in einer unterbrochenen oder kontinuierlichen Art und Weise an eine Druckluftquelle 45 angeschlossen sein.
Obwohl es möglich ist, nur eine Düse zu verwenden, um den Fluss des Materials 42 zu einer Seite der Mischvorrichtung mit Hilfe von Luftstrahlen abzulenken, die auf eine Frequenz eingestellt sind, die größer ist als die der hin- und hergehenden Bewegung des Mischkopfes 12, wird es allgemein bevorzugt, zwei oder mehr Blasdüsen zu verwenden, die unterschiedlich um die Auslassöffnung des Auslasskanals 12 herum angeordnet sind. So sind zum Beispiel die beiden Düsen 43 und 44 schematisch in Fig. 5 so dargestellt, dass sie einander gegenüberliegen, so dass der Fluss des Materials 42 abwechselnd nach rechts, nach links oder in eine andere Richtung abgelenkt werden kann. Diese Anordnung erlaubt die im Wesentlichen gleichzeitige und homogene Verteilung des Polyurethanmaterials auf entweder einen oder auf beide der zwei Streifen L1 und L2 des Längsbandes L.
Somit sind gemäß dem Beispiel von Fig. 5 und 6 die beiden Blasdüsen 43 und 44 mit der Druckluftquelle 45 durch, zum Beispiel, ein Magnetventil 46 oder andere geeignete Ventile verbunden, die den Luftstrom zwischen den beiden Düsen 43 und 44 absperren oder schnell verändern können. Der gesamte Arbeitsprozess kann durch eine logische Steuereinheit 47 geleitet oder gesteuert werden. Die beiden Düsen 43 und 44 können unter der Auslassöffnung des Auslaufkanals 12 angeordnet und an der Vorrichtung 10 befestigt sein oder von Ihr getragen werden. Diese Blasdüsen 43 und 44 können in einem geeigneten Abstand von dem Gemischfluss angeordnet sein. Wenn es erforderlich ist, können die Düsen einstellbar befestigt sein, so dass sie sich mit der Vorrichtung in eine Position bewegen, welche die gewünschte Querablenkung des Flusses des Materials 42 sichert.
Die Steuerung und die Einstellung der Querablenkung des Flusses des Materials 42 kann nicht nur durch das korrekte Positionieren oder die korrekte Einstellung der Düsen 43 und 44 erreicht werden, sondern auch, zum Beispiel, durch Verändern oder Einstellen des Drucks und der Strömung der Druckluft. In Abhängigkeit von der Konstruktion der Form oder des zu produzierenden Stückes, kann der Druck der Luftstrahlen modifiziert oder ganz abgesperrt werden. Düsen verschiedener Konstruktionen sind in der Lage, die Form desselben Luftstrahls zu modifizieren oder zu variieren.
Der Betrieb der Vorrichtung gemäß diesem zweiten abhängigen Aspekt der Erfindung wird nachfolgend, wie in den Fig. 4 bis 6 dargestellt ist, in Bezug auf die Ablagerung des Polyurethangemisches, das Verstärkungsfasern entlang einem Längsband L enthält, das an einem bestimmten Punkt auf im Wesentlichen seine halbe Breite verringert ist, kurz beschrieben.
Zu Anfang befindet sich die Mischvorrichtung 10 in der oberen, linken Ecke der Form 40, wie es durch die durchlaufenden Linien in Fig. 4 dargestellt ist. Die entsprechenden Polyurethanchemikalien werden zugeführt und in der Mischkammer 11 gemischt und das sich ergebende Gemisch von flüssigem Polyurethanmaterial wird mit den Verstärkungsfasern 7 in den Auslaufkanal 12 gemischt. Die Mischvorrichtung 10 wird bewegt und die beiden Düsen 43 und 44 werden abwechselnd entlang dem ersten Abschnitt des Bandes L aktiviert, so dass der Fluss des Materials, der aus dem Auslaufkanal 12 austritt, durch die abwechselnden Luftstrahlen, die so durch die Düsen 43 und 44 erzeugt werden, wiederholt nach rechts und links abgelenkt wird. Auf diese Weise ist es, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist, während des ersten Hubs der Mischvorrichtung 10 möglich, die gesamte Breite des Bandes L mit dem Fluss des Materials 42, im Wesentlichen gleichzeitig auf beiden Streifen L1 und L2, bis zu dem Punkt, an dem die Vorrichtung ZO den schmalsten Teil des Bandes L erreicht, zu überdecken.
An diesem engsten Teil des Bandes L kann eine der beiden Luftblasdüsen 43 oder 44 vorübergehend deaktiviert oder der Luftstrom teilweise reduziert werden. Nachdem die Mischvorrichtung 10 das Ende ihrer Bewegungsbahn erreicht hat, wird sie quer auf das benachbarte Band verschoben, wie es durch die unterbrochenen Linien in Fig. 4 dargestellt ist, und läuft dann über die gesamte Länge der Form, wobei wiederum abwechselnd die beiden Luftstrahlen der Düsen 43 und 44 aktiviert werden. Das wird fortgesetzt, bis die gesamte Oberfläche des Hohlraums 41 der Form 40 bedeckt ist.
Bei der Produktion von Stücken mit großen Abmessungen kann die hin- und hergehende Bewegung der Mischvorrichtung 10 etwa in der Größenordnung von einer Sekunde oder geringfügig weniger liegen. Daher muss die Häufigkeit, mit welcher die abwechselnden Luftstrahlen durch die Düsen 43 und 44 erzeugt werden müssen, vergleichsweise höher sein. So kann zum Beispiel, in Abhängigkeit von den Kennwerten der Magnetventile 46, vom Verstärkungsmaterial. von den Durchflussmengen oder von anderen Prozessanforderungen, die Fachleuten gut bekannt sind, für diese spezifische Produktion, die Häufigkeit, mit der die Luftstrahlen durch die Luftstrahldüsen erzeugt werden, zwischen etwa 20 und 60 Hz oder mehr betragen.
In der dargestellten Ausführung sind die Düsen 43 und 44 einander gegenüberliegend angeordnet und senkrecht zu der Achse des Auslaufkanals 12 für den Fluss des Materials 42 ausgerichtet. Diese Düsen, oder sogar zusätzliche Düsen, könnten jedoch anders angeordnet und ausgerichtet sein. So könnten zum Beispiel die Düsen 43, 44 einen Winkel zu der Achse des Auslaufkanals 12 bilden, der zu der Form oder zu einem darunterliegenden Substrat hin gerichtet ist. In allen Fällen ist, es möglich, Polyurethanmaterial zu produzieren, das ein Füllmaterial und/oder Reinigungsmaterial enthält und während jedes Hubs der Mischvorrichtung ein sehr großes Band zu überdecken, das bemerkenswert breiter ist, als das, welches unter Verwendung einer herkömmlichen Vorrichtung erhalten wird. Diese Verbesserung macht es somit möglich, die Zeit, die erforderlich ist, das verstärkte Polyurethanmaterial auf die gesamte Oberfläche der Form zu spritzen oder abzulegen, wesentlich zu verringern. Sie ermöglicht weiterhin, die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung der gesamten Vorrichtung zu verringern. Alternativ könnte diese Verbesserung es ermöglichen, breitere Oberflächen zu überdecken, wobei eine ausreichende Imprägnierung des Füllmaterials und/oder des Verstärkungsmaterials mit einem Polyurethangemisch und eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung in dem Hohlraum jeder Form oder auf einem darunterliegenden Substrat gewährleistet ist.

Claims

1. Selbstreinigende Hochdruckmischvoxrichtung für die Produktion von verstärkten Polyurethangemischen, wobei ein aufgewirbeltes Füllmaterial (34) mit einem Polyurethangemisch (35) gemischt wird, mit:

- einer Mischkammer (11) zum Mischen wenigstens einer ersten (20) und einer zweiten (21) Polyurethankomponente,

- einem Auslaufkanal (12), wobei die Mischkammer (11) einen Auslass (11') hat, der sich in das hintere Ende des Auslaufkanals (12) öffnet,

- einem länglichen Reinigungselement (27), das in dem Auslaufkanal (12) zwischen einer vorgeschobenen Position, in der es den Auslass (11') der Mischkammer verschließt, und einer zurückgezogenen Position, in der es den Auslass (11') der Mischkammer zum Auslaufkanal hin öffnet, hin- und herbewegbar ist, und

- einer Einrichtung (30, 32) zum Zuführen des aufgewirbelten Füllmaterials (34), das in den Fluss des Polyurethangemischs (35), das von der Mischkammer (11) geliefert wird, gemischt werden soll, einschließlich eines Zuführkanals (30), der sich in Längsrichtung durch das Reinigungselement (27) erstreckt,

dadurch gekennzeichnet, dass

- der Zuführkanal (30) in einer Auslassöffnung am vorderen Ende des Reinigungselements endet, so dass, wenn sich das Reinigungselement in der zurückgezogenen Position befindet, sich der Auslass des Zuführkanals (30) in eine Mischzone (12') am hinteren Ende des Auslaufkanals (12) öffnet, die der Auslassöffnung (11') der Mischkammer (11) benachbart ist, wodurch das aus dem Zuführkanal (12) in die Mischzone (12') austretende aufgewirbelte Füllmaterial (34) unter turbulenten Bedingungen auf den Fluss des Polyurethangemisches (35) auftrifft, der aus der Mischkammer (11) austritt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Zuführkanal (3Q) in einem Stück mit dem länglichen Reinigungselement (27) bereitgestellt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Reinigungselement (12) an seinem vorderen Ende mit einer geformten Oberflächeneinrichtung (27") zum Ablenken des Flusses des Polyurethangemisches (35) versehen ist, der aus der Auslassöffnung (11') der Mischkammer (11) austritt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die geformte Oberflächeneinrichtung eine kegelförmige Oberfläche (27") aufweist, die sich in Flussrichtung des Gemischs (35) aus Polyurethan und Füllstoff in dem Auslaufkanal (12) verjüngt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die geformte Oberflächeneinrichtung am vorderen Ende des Reinigungselements (27) zusammen mit der Innenfläche des Auslaufkanals (12) einen ringförmigen Kanal zur Verteilung des Polyurethangemischs nahe am hinteren Ende des Auslaufkanals (12) definiert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, die weiter eine Einrichtung (36) zum Einstellen der Position des vorderen Endes des Reinigungselements (27) in Bezug auf die Auslassöffnung (11') der Mischkammer (11) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Reinigungselement (27) mit einem hin- und hergehenden Kolben (28) eines Steuerzylinders (29) verbunden ist und wobei die Vorrichtung weiter eine Einrichtung (36) zum Einstellen der Halteposition des Reinigungselements (27) in der zurückgezogenen Position des hin- und hergehenden Kolbens (28) des Steuerzylinders (29) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Auslaufkanal (12) eine Länge hat, die gleich oder geringer als seine doppelte Breite ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Zuführkanal (30) durch eine Bohrung bereitgestellt ist, die koaxial zu dem Reinigungselement (27) und zu dem Auslaufkanal (12) verläuft.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Zuführkanal (30) durch eine Bohrung bereitgestellt ist, die in Längsrichtung auf einer Seite des Reinigungselements (27) verläuft und die in Bezug auf den Auslaufkanal (12) gegenüber der Auslassöffnung der Mischkammer (11) ist.

11. Selbstreinigende Hochdruckmischvorrichtung nach Anspruch 1, für die Herstellung von faserverstärktem Polyurethanmaterial, in der der Auslaufkanal (12) in einem Winkel von der Auslassöffnung (11') der Mischkammer (11) ausgeht,

- mit einem hin- und hergehenden Reinigungselement (13) zum Reinigen der Mischkammer (11) und einer Steuereinrichtung (15) zum Hin- und Herbewegen des ersten Reinigungselements (13) zum Öffnen und Schließen der Mischkammer (11) in Bezug auf den Auslaufkanal (12), dadurch gekennzeichnet, dass

- das längliche Reinigungselement (27) für den Auslaufkanal (12) ein Oberflächenelement (27") an seinem vorderen Ende aufweist, um den aus der Mischkammer (11) austretenden Fluss des Polyurethangemischs in Umfangsrichtung und in Längsrichtung des Auslaufkanals (12) umzulenken.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Steuereinrichtung für das Reinigungselement (27) des Auslaufkanals (12) vorgesehen ist, die ein hin- und hergehendes Kolbenelement (28) eines Steuerzylinders (29) aufweist, und wobei der Faserzuführkanal (30) an seinem hinteren Ende durch das Kolbenelement (28) des Steuerzylinders (29) verläuft, in einem Stück mit dem Kolbenelement (28) und dem Reinigungselement (27) für den Auslaufkanal (12).

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das vordere Ende des Reinigungselements (27) eben ist und senkrecht zu der Mittellängsachse des Reinigungselements (27) ausgerichtet ist.

14. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, die weiter eine Luftstrahlerzeugungseinrichtung (43, 44) zum Erzeugen von Luftstößen aufweist, um das Polyurethangemisch mit dem Füllmaterial am Auslass des Auslaufkanals (12) weiter zu mischen.