Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mischkopf mit einem Kopfteil und einer im Kopfteil angeordneten Mischkammereinrichtung sowie ein Verfahren zum Montieren eines Mischkopfes.

Stand der Technik

Allgemein sind Mischköpfe zum Einsatz für die Verarbeitung von reaktiven Komponenten bzw. polymeren Komponenten zur Herstellung von zumeist Duroplast-Materialien, insbesondere von Polyurethan, bekannt. Bei solchen Mischköpfen werden zumindest zwei reaktive Ausgangsmaterialien in einer Mischkammer innig miteinander vermengt und das Gemisch dann aus der Mischkammer ausgetragen.

Gattungsgemäße Mischköpfe sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 195 15 039 Al eine Vorrichtung zum Mischen von wenigstens zwei chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten unter hohem Druck, mit einer zylindrischen Mischkammer, in welche die Komponenten injiziert werden, wobei zum Austragen von restlichem Kunststoffgemisch innerhalb der Mischkammer ein reversierbarer Kolben angeordnet ist. Auch weist die Vorrichtung eine zylindrische Beruhigungskammer / Auslaufkammer / Auslaufkanal auf, welche sich an die Mischkammer anschließt und in einem Winkel von vorzugsweise 90° zur Längsachse der Mischkammer verläuft, wobei in der Beruhigungskammer ein reversierbarer Reinigungskolben zum Austragen des reaktiven Kunststoffgemisches aus der Beruhigungskammer angeordnet ist. Der Reinigungskolben hat auf seiner zylindrischen Mantelfläche Vertiefungen ausgebildet, die mit Abstandsmaterial gefüllt und auf der Mantelfläche wendeiförmig angeordnet sind, sodass bei einer axialen Bewegung des Reinigungskolbens dieser in Drehung versetzt wird. Dies führt bei einer Axialbewegung des Kolbens zu einer Unterbrechung der Manteloberfläche und dient somit als Verschleißschutz. In der Mischkammer ist in bekannter Weise ein Steuerkolben angeordnet, der hin und her beweglich aufgenommen ist. Dabei sind in dem Steuerkolben Rezirkulationsnuten eingearbeitet, die dazu dienen, für das Ausgangsmaterial in einer vorgefahrenen, die Mischkammer an sich verschließenden Schaltstellung eine Rezirkulation, also einen Rückfluss der Ausgangsmaterialien zum Ausgangsbehälter, zu gewährleisten (Rezirkulationsphase). Eine solche Rezirkulation über diese Rezirkulationsnuten ist ebenfalls bekannt und bedarf keiner weiteren Erläuterung. In einer zurückgezogenen Schaltstellung des Steuerkolbens wird die Mischkammer freigegeben, die Ausgangsmaterialien können sich miteinander vermischen und werden anschließend aus der Mischkammer ausgetragen (Austragsphase). Ein derartiger Mischkopf ist beispielsweise aus der EP1979143A1 bekannt.

Bei den bekannten Mischköpfen ist die Mischkammer direkt in das Kopfteil eingearbeitet oder alternativ mittels einer Buchse eingeschrumpft. Dadurch weist ein einfacher Austausch der Mischkammer bei Rezirkulationsmischköpfen nicht möglich. Wenn nun durch Verschleiß die Mischkammer nicht mehr ordnungsgemäß arbeitet, muss entweder der Mischkopf komplett ausgetauscht werden oder zumindest demontiert und aufwändig mechanisch nachbearbeitet werden mit anschließender Wärmebehandlung oder eine neue Buchse mit Mischkammer mittels Schrumpftechnik eingesetzt werden, mit folgender Feinbearbeitung und Wiederherstellung der Düseneinbauräume.

Beschreibung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Mischkopf zu schaffen, dessen Instandhaltung und Reparatur im Vergleich zu den bekannten Lösungen vereinfacht wird und somit dabei eine Zeit- und Kostenersparung zu erzielen.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein. Ein erfindungsgemäßer Mischkopf weist ein Kopfteil und eine im Kopfteil angeordnete Mischkammereinrichtung auf. Die Mischkammereinrichtung weist zumindest eine Mischkammer und zumindest zwei Einlässe zum Eintrag von Ausgangsmaterial in die Mischkammer auf. Der Mischkopf ist vorgesehen zur Herstellung von Reaktionskunststoffen. Weiterhin ist ein Auslass vorgesehen, über den das Gemisch der Ausgangsmaterialien aus der Mischkammer austragbar ist, wobei in der Mischkammer ein Steuerkolben beweglich angeordnet ist. Dabei ist die Mischkammereinrichtung lösbar im Kopfteil angeordnet, um wechselbar zu sein. Dabei ist zwischen Kopfteil und Mischkammereinrichtung eine Übergangspassung und ergänzend oder alternativ eine Spielpassung ausgebildet.

Weiterhin weist der Mischkopf zumindest zwei Rezirkulationsauslässe auf. Dabei ist jedem Einlass zum Eintrag von Ausgangsmaterial jeweils ein Rezirkulationsauslass zugeordnet. Der Mischkopf und insbesondere der Steuerkolben des Mischkopfs sind derart ausgeformt, dass in geschlossener Stellung eine Fluidverbindung zwischen dem Einlass und dem zugeordneten Rezirkulationsauslass besteht, sodass eine Rezirkulation des über den Einlass eintragbaren Ausgangsmaterials hin zu dem zugeordneten Rezirkulationsauslass möglich ist. Der Mischkopf weist somit zumindest einen Rezirkulationsauslass je Einlass auf, die in geschlossener Stellung des Steuerkolbens mit dem jeweils zugeordneten Einlass zur Rezirkulation verbunden sind.

Bei dem Mischkopf kann es sich um einen Mischkopf für eine Reaktionsgießmaschine zum Herstellen von Reaktionskunststoff handeln. So kann es sich um eine Polyurethanschäumanlage handeln, die für das Herstellen von Reaktionskunststoffen, wie Polyurethan-Schäumen, vorbereitet ist. Reaktionskunststoffe bestehen im Allgemeinen aus zwei (reaktiven) Komponenten (Stamm und Härter) sowie evtl, weiteren Zusätzen und erhärten durch chemische Reaktion untereinander. Die, insbesondere reaktiven, Komponenten können als Ausgangsmaterial verstanden werden. Ein Bestandteil der umgebenden Atmosphäre kann ebenfalls mitreagieren. Dabei kann die Mischung erst unmittelbar vor der Applikation erfolgen, worauf dann die Erhärtung startet. Als Reaktionsharz wird der Reaktionskunststoff in verarbeitungsfähigem Zustand vor der chemischen Härtung bezeichnet. Unter einem Reaktionskunststoff kann beispielsweise Epoxidharz (EP), Polyurethan (PU / PUR), Nylon bzw. Polyamid (thermoplastisch - wird aber im Mischkopf als Polyaddition erzeugt), DPCD (Dicyclopentadien / Polyester), oder Ungesättigte Polyester (UP) verstanden werden.

Insbesondere kann der Mischkopf zur Herstellung von Polyurethan (PUR) verwendet werden. Die Grundkomponenten, aus denen der PUR-Werkstoff aufgebaut ist, sind Polyol und Isocyanat, wobei insbesondere auf der Polyol-Seite Gemische aus verschiedenen Polyolen eingesetzt werden können. Die Verarbeitung eines solchen Mehrkomponenten-Reaktionssystems kann als Reaktionsgießen bezeichnet werden. Wenn das Reaktionsgemisch zusätzlich ein Treibmittel enthält und somit schaumfähig ist, so kann es auch als Reaktionsschaumgießen bezeichnet werden. Der Mischkopf beruht auf dem Gegenstrominjektionsprinzip und nutzt die Mischwirkung turbulenter Strömung. Die zugeführten Komponenten können einen Druck von über 50 bar, insbesondere zwischen 100 bar und 250 bar aufweisen.

Insbesondere kann es sich um eine Spielpassung handeln. Spielpassung bedeutet allgemein, dass das Mindestmaß der Bohrung immer größer (im Grenzfall gleich groß) als das Höchstmaß der Welle ist. Da ein Nennmaß von Passungen weder eingehalten werden kann noch, beispielsweise aus wirtschaftlichen Gründen, einzuhalten sinnvoll ist, weisen Bohrungen und Wellen immer Toleranzfelder auf. Dabei steht in der Erläuterung hier die Welle stellvertretend für die Mischkammereinrichtung, beziehungsweise deren Außenkontur. Entsprechend steht Bohrung stellvertretend für die Aufnahme der Mischkammereinrichtung im Kopfteil. So kann die Mischkammereinrichtung auch als Mischkammerbuchse bezeichnet werden. Toleranzklassen ermöglichen dabei verschiedene Anforderungen an die Passung einzuhalten. Diese Anforderungen können prinzipiell in drei Variationen unterschieden werden, bei denen das Toleranzfeld der Bohrung und das der Welle in Beziehung zueinander treten. Im Einzelnen sind dies: Spielpassung, Übergangspassung und Übermaßpassung. In der DIN 7157 sind für die Einheitsbohrung alle drei Varianten festgelegt, während die Einheitswelle nur mit Spielpassung normiert wird. Eine Welle kann immer ein Spiel zu einer Bohrung aufweisen, es kann also zwischen der äußeren Begrenzung der Welle und der inneren der Bohrung ein erwünschter Abstand bestehen. Voraussetzung für diese Spielpassung ist natürlich, dass das Höchstmaß der Welle immer kleiner ist, als das Mindestmaß der Bohrung. Da bei einer Spielpassung nicht davon ausgegangen wird, dass das Höchstmaß der Welle nicht gleichzeitig mit dem Mindestmaß der Bohrung erreicht wird, können in seltenen Fällen beide Maße auch identisch sein. Zudem ist bei einer Spielpassung darauf zu achten, dass die Toleranzfelder so gewählt werden, dass das Höchstspiel, also der maximale Abstand zwischen Mindestmaß der Welle und Höchstmaß der Bohrung, einen vertretbaren Wert erfüllt.

Bei dem Ausgangsmaterial kann es sich um reaktive Komponenten beziehungsweise polymere Komponenten handeln. Dies können beispielsweise ein Polyol (oder eine Polyol-Mischung) und ein Isocyanat sein.

Bei dem Mischkopf kann es sich entweder um einen Linearmischkopf oder um einen Umlenkmischkopf handeln.

Dabei können in der Mischkammereinrichtung bereits vor dem Fügen mit dem Kopfteil die zumindest zwei Einlässe und der Auslass der Mischkammer ausgeformt sein. So kann vorteilhafterweise nach dem Zusammenfügen der Mischkammereinrichtung mit dem Kopfteil auf eine aufwändige Nacharbeit verzichtet werden und der Mischkopf ist nach dem Fügen quasi sofort einsatzbereit. Der Vorteil der Lösung ist, dass die Mischkammereinrichtung einfach gewechselt werden kann und somit bei Verschleiß in kurzer Zeit ausgetauscht werden kann. Dadurch kann die Stillstandszeit des Mischkopfes reduziert werden beziehungsweise kurz gehalten werden. Auch die Rezirkulationsauslässe können schon entsprechend ausgeformt sein und entsprechend positioniert werden, dass auch hier keine Nacharbeit erforderlich ist.

Die Einlässe und/oder Rezirkulationsauslässe können zwischen Kopfteil und Mischkammer abgedichtet sein. Hierzu kann eine Dichtung oder Dichteinrichtung vorgesehen sein oder alternativ oder zusätzlich dies durch einen Kleber oder eine Flächendichtung erreicht werden. Die Dichtung kann auch als O-Ring ausgeformt sein. Alternativ könnte die Dichtung beispielsweise auch als Elastomer-Hülse, beschnittene Elastomer-Hülse (sogenannter Dichtungsstrumpf), eine Variante einer Elastomer- oder Kunststoffdichtung (Glyd-Ring, Stepseal, etc.) oder als Dichtung, die mit Federelementen vorgespannt ist (Wellendichtring, Abstreifer, etc.) ausgeformt sein. An die Mischkammer kann Auslass-seitig eine Auslaufkammer angeordnet sein. Die Auslaufkammer kann einteilig ausgeformt sein. Die Auslaufkammer kann wechselbar sein. Die Auslaufkammer kann auch als Auslaufkanal bezeichnet werden. Dabei kann in die Auslaufkammer ein Reinigungskolben einschiebbar sein. So kann es sich auch um einen Umlenkmischkopf handeln.

Der Steuerkolben kann zumindest zwei Steuernuten aufweisen. Dabei können die Steuernuten symmetrisch zueinander ausgeformt sein (insbesondere bei einer geraden Anzahl von Steuernuten) oder alternativ kann der Steuerkolben zumindest drei Steuernuten aufweisen, die gleichverteilt zueinander auf der Mantelfläche des Steuerkolben angeordnet sind, um einen Verschleiß zu verringern. Eine solche regelmäßige Anordnung der Steuernuten kann den unweigerlichen Verschleiß verringern. So kann der Steuerkolben einfacher mittig in der Mischkammer sich bewegen. Die Steuernuten können auch als Rezirkulationsnuten bezeichnet werden. Ein über einen Einlass zugeführtes Ausgangsmaterial, d.h. beispielsweise eine reaktive Komponente oder polymere Komponente, kann über die Steuernut oder Rezirkulationsnut im Steuerkolben zum Rezirkulationsauslass geführt werden und von dort in einem Kreislauf gehalten werden, solange der Steuerkolben im geschlossenen Zustand des Mischkopfes angeordnet ist. Wenn der Steuerkolben sich vom Auslass weg bewegt, werden für einen kurzen Moment der Einlass, bzw. die Einlässe, verschlossen, um dann eine Verbindung vom Einlass über die Mischkammer zu dem Auslass freizugeben.

Der Steuerkolben kann mehrteilig ausgeformt sein. Alternativ kann der Steuerkolben einteilig ausgeformt sein. So kann er einfach hergestellt und einfach montiert werden. Auch kann so eine Beschädigung des Steuerkolbens leichter verhindert werden.

Die Mischkammer kann zumindest eine Radialnut aufweisen, um eine axiale Dichtung zu erzeugen. Durch eine vordere Radialnut in der Mischkammer ist ein reines zylindrisches Spiel zwischen Steuerkolben und Mischkammer möglich. Dabei ist vorne kein enges Spiel notwendig, das heißt es ist keine dedizierte Passung notwendig. So kann eine Austauschbarkeit erreicht werden. Funktional kann somit eine selbstbildende Dichtung erzeugt werden. Beispielsweise können selbstbildende Dichtungen zu einem Abstreifen vom reaktiven Material durch zwei Radialnuten in der Mischkammer führen. Dabei kann durch eine zweite Radialnut oder weitere Radialnuten die Wirkung noch effektiver werden. Alternativ kann eine Stangendichtung, beispielsweise Vektorseal, Abstreifring oder Glydring vorgesehen sein. Unter einem Glydring kann ein in der Hydraulik bekanntes Dichtungselement verstanden werden, welches eine Außendichtung für Kolben schafft.

Die Mischkammereinrichtung kann spiegelsymmetrisch aufgebaut sein. So lässt sich diese besonders einfach (im Wesentlichen als Drehteil mit Bohrungen) fertigen. Die Spiegelsymmetrie bezieht sich dabei auf den Grundkörper. Durch die Spiegelsymmetrie kann auch Verschleiß vermindert werden.

Der Mischkopf kann eine auch als Auslaufrohr bezeichnete Auslaufkammereinrichtung vorsehen, welches quer zur Bewegungsrichtung des Steuerkolbens angeordnet ist, wobei das Auslaufrohr eine Aussparung für die Mischkammereinrichtung aufweist. Die Aussparung kann als Bohrung ausgeführt sein. Dabei kann die Aussparung eine Tiefe aufweisen, die kleiner als der Radius des Außendurchmessers des Auslaufrohrs ist. So kann auf eine hinterschnittige Gestaltung (der Mischkammereinrichtung) verzichtet werden.

Die Mischkammereinrichtung kann an der zylindrischen Außenwand zumindest eine als Nut ausgeformte Aussparung für eine Leiste aufweisen. In einer zylindrischen Innenwand des Kopfteils kann zumindest eine Nut oder Aussparung ausgeformt sein. Dabei kann in der zumindest einen Aussparung eine Leiste angeordnet sein, die in die Nut der zylindrischen Innenwand eingreift, um eine Ausrichtung der Mischkammereinrichtung zum Kopfteil zu gewährleisten und ergänzend oder alternativ eine Rotation der Mischkammereinrichtung zu verhindern. Aussparung, Nut und Leiste können zusammen als Verdrehsicherung bezeichnet werden.

Die Mischkammereinrichtung kann an der zylindrischen Außenwand zumindest eine als Nut oder Bohrung ausgeformte Aussparung für einen Stift aufweisen. In einer zylindrischen Innenwand des Kopfteils kann zumindest eine Bohrung oder Aussparung ausgeformt sein. Dabei kann in der zumindest einen Aussparung ein Stift angeordnet sein, der in die Nut oder Bohrung der zylindrischen Innenwand eingreift, um eine Ausrichtung der Mischkammereinrichtung zum Kopfteil zu gewährleisten und ergänzend oder alternativ eine Rotation der Mischkammereinrichtung zu verhindern. Aussparung, Bohrung/Nut und Stift können zusammen als Verdrehsicherung bezeichnet werden.

Die erfinderische Idee kann auch in einem Verfahren zum Montieren eines Mischkopfes umgesetzt werden. Dabei weist der Mischkopf ein Kopfteil und eine im Kopfteil angeordnete Mischkammereinrichtung auf, die zumindest zwei Einlässe zum Eintrag von Ausgangsmaterial sowie einen Auslass, über den das Gemisch der Ausgangsmaterialien aus der Mischkammer austragbar ist. In der Mischkammer ist ein Steuerkolben beweglich angeordnet. Dabei erfolgt ein Fügen oder Demontieren der Mischkammereinrichtung in und/oder aus dem Kopfteil ohne Zufuhr von thermischer Energie. So kann ein einfaches Reparaturverfahren erzielt werden, da sowohl die Demontage als auch das anschließende erneute Fügen mit geringerem Aufwand erfolgen kann, im Vergleich dazu, wenn die Mischkammereinrichtung wie im Stand derTechnik thermisch gefügt würde.

Dabei bezieht sich die Zufuhr von thermischer Energie darauf, dass Kopfteil und Mischkammereinrichtung jeweils aus einem Material gefertigt sind, welches den gleichen oder einen ähnlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist und somit eine thermische Energiezufuhr keine direkte Auswirkung auf das Spaltmaß zwischen Kopfteil und Mischkammereinrichtung hat. Der Mischkopf kann durchaus in Lösungsmittel eingelegt oder in Lösungsmittel gekocht werden, um verklebte Kunststoffe zu lösen oder den verklebten Kunststoff durch erwärmen zu erweichen, um somit ein Trennen von Kopfteil und Mischkammereinrichtung zu ermöglichen.

So ist man auch in der Materialauswahl freier, weil deren thermisches Verhalten nicht auch noch im Hinblick auf die Montage und eventuelle Demontage beachtet werden muss. So können das Kopfteil und die Mischkammereinrichtung einen gleichen oder ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Dabei kann unter der fehlenden Zufuhr von thermischer Energie beispielsweise verstanden werden, dass während des Fügens der Mischkammereinrichtung in das Kopfteil oder des Demontierens der Mischkammereinrichtung aus dem Kopfteil eine Temperatur der Mischkammereinrichtung sich weniger als 50 ° Celsius von einer Temperatur des Kopfteils unterscheidet und/oder die Temperatur der Mischkammereinrichtung und/oder die Temperatur des Kopfteils sich nicht mehr als 20 ° Celsius von der Umgebungstemperatur unterscheiden. Die Temperaturdifferenzen sind dann beispielsweise rein aus dem Produktionsbetrieb zu verstehen, da die verarbeiteten Materialien teilweise bei hohen Temperaturen (beispielsweise in einem Bereich bis 220 °C,) verarbeitet werden. Übliche Verarbeitungstemperaturen der Komponenten liegen oft unter 120 °C, in der Regel unter 90 °C, oder auch unter 45 °C. Bevor einer Demontage wird der Mischkopf abkühlen. Dabei kann konstruktionsbedingt die Temperatur einzelner Komponenten sich unterscheiden, wenn diese unterschiedlich abkühlen.

Bei dem Fügen der Mischkammereinrichtung in das Kopfteil kann die Mischkammer zum Kopfteil ausgerichtet werden. So ist dann nach dem Fügen im Idealfall keinerlei Nacharbeit notwendig.

Nach dem Fügen der Mischkammereinrichtung in das Kopfteil können die zumindest zwei Einlässe, die zumindest zwei Rezirkulationsauslässe sowie der Auslass der Mischkammereinrichtung passgenau ausgerichtet sein, insbesondere können diese ohne eine Nacharbeit passgenau ausgerichtet sein.

Zur Montage kann zuerst ein Auslaufrohr in das Kopfteil eingeführt werden, wobei das Auslaufrohr quer zur Bewegungsrichtung des Steuerkolbens angeordnet ist. Dabei kann das Auslaufrohr eine Aussparung (insbesondere eine Bohrung) für die Mischkammereinrichtung aufweisen, wobei die Aussparung eine Tiefe aufweist, die kleiner als der Radius des Auslaufrohrs ist. Weiterhin kann in einem darauf folgenden Arbeitsschritt die Mischkammer mit dem Kopfteil gefügt werden, wobei eine Planfläche der Aussparung des Auslaufrohrs als Anschlag die Position der Mischkammereinrichtung in Bewegungsrichtung des Steuerkolbens definieren kann.

Zur Montage kann zuerst ein Auslaufrohr in das Kopfteil eingeführt werden, wobei das Auslaufrohr quer zur Bewegungsrichtung des Steuerkolbens angeordnet ist. Dabei kann das Auslaufrohr eine Aussparung (insbesondere eine Bohrung) für die Mischkammereinrichtung aufweisen, wobei die Aussparung eine Tiefe aufweist, die kleiner als der Radius des Auslaufrohrs ist. Weiterhin kann in einem darauf folgenden Arbeitsschritt die Mischkammer mit dem Kopfteil gefügt werden, wobei ein Durchmessersprung am Außendurchmesser der Mischkammereinrichtung auf einem Anschlag des Kopfteils die Position der Mischkammereinrichtung in Bewegungsrichtung des Steuerkolbens definiert. Am Anschlag im Bereich des Durchmessersprungs sind Kopfteil und Mischkammereinrichtung anliegend, zwischen Auslaufrohr und Mischkammereinrichtung verbleibt bei einer solchen Ausführungsform ein kleines Spiel - dieses wird dann mit reaktivem Material bei dem ersten Schuss verschlossen beziehungsweise abgedichtet

Die Mischkammereinrichtung kann im Kopfteil mittels eines Dichtungsflansches verspannt werden. Dies ist montagefreundlich und einfach herstellbar.

Mit anderen Worten wird eine auch als Mischkammerbuchse bezeichnete Mischkammereinrichtung ohne Schrumpftechnik durch einfache Montage in das Kopfteil passgenau eingesetzt. Dabei ist eine nachfolgende Bearbeitung der Mischkammer/Mischkammereinrichtung oder der auch als Düseneinbauräume bezeichneten Einlässe nicht mehr erforderlich. Dadurch ist man in der Werkstoffwahl der Buchse ungebunden. Dies wird erreicht, da keine Schrumpftechnik zum Tragen kommt. Um ein Überwechseln der Komponenten, auch als Ausgangsmaterialien bezeichnet, an den Außendurchmesser der Mischkammereinrichtung zu verhindern, können entsprechende Dichtungselement vorgesehen sein. Vorteilhafterweise wird somit die benötigte Zeit zur Instandsetzung der Mischkammer reduziert auf ein Minimum. Eine einzelne Mischkammereinrichtung bzw. eine Mischkammereinrichtung zusammen mit einem

Steuerkolben sind erheblich günstiger, als ein kompletter Mischkopf. So können entsprechende Ersatzteile, d. h. Mischkammereinrichtungen und/oder Steuerkolben für den Servicefall maschinennah bevorratet werden.

Die vorstehenden Erläuterungen betreffend das Verfahren gelten für die Vorrichtung entsprechend und umgekehrt. Kurze Figurenbeschreibung

Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 - Fig. 5 jeweils ein Schnittbild durch einen Mischkopf gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 in einer Explosionsdarstellung eine Montage der Auslaufkammer eines

Mischkopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 - Fig. 8 in einer Explosion Darstellung eine Montage und Ausrichtung der Mischkammerbuchse eines Mischkopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Montieren eines Mischkopfes nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Detaillierte Beschreibung

Das gezeigte und nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt einen Umlenkmischkopf. Bei dieser speziellen Ausführungsform eines Mi sch köpf es (für die Hochdruckvermischung), bei der beispielsweise eine direkte Anbindung des Mischorgans an ein Werkzeug möglich ist, handelt es sich um eine selbstreinigende Ausführung des Mischkopfes. Am Schussende wird das Restgemisch durch einen Kolben (Reinigungskolben oder Reinigungsstößel in der Auslaufkammer) ausgestoßen. Nach Ablauf einer hinreichenden Reaktionszeit, die eine nachträgliche Verschmutzung der Mischkammer verhindert, fährt der Kolben zurück und gibt die Auslaufkammer für den nächsten Schuss frei. Bei einem Linearmischkopf entfällt die Auslaufkammer und die Ausgangsmaterialien werden in der Mischkammer vermischt und der entstandene Reaktionskunststoff (bzw. das diesen bildende Reaktionsgemisch) wird direkt aus der Mischkammer in das Werkzeug ausgetragen und das Restgemisch mittels des Steuerkolbens ausgestoßen.

Ein Linearmischkopf ist in der Regel klein und kompakt und weist dadurch ein geringes Gewicht auf. Von Vorteil ist auch oft die einfache Herstellung, wodurch diese auch kostengünstig sind. Weiterhin kann die hydraulische oder elektrische Ansteuerung einfach realisiert werden. Linearmischköpfe können für Anwendungen ausreichend sein für geschlossenes Schäumen (dabei kann der Linearmischkopf fest am Werkzeug verbaut sein). Ideal geeignet sind Linearmischköpfe für extrem schnell-reagierende Kunststoffsysteme RIM, RRIM (oft auf Polyurea (PUA) Basis).

Ein Linearmischkopf kann relativ einfach verschleißgeschützt ausführbar durch eine verschleißgeschützte Mischkammereinrichtung, die entsprechend dem hier beschriebenen Konzept zusätzlich einfach wechselbar ist. So können Maschinenstandzeiten oder -ausfallzeiten klein gehalten oder vermieden werden.

Fig. 1 zeigt einen Mischkopf 100 mit einem Kopfteil 102 und einer im Kopfteil 102 angeordneten Mischkammereinrichtung 104. In dem Kopfteil 102 ist eine Aussparung 106 für die Mischkammereinrichtung 104 vorgesehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper der Mischkammereinrichtung 104 im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeformt, vergleichbar mit einer Buchse. Die Einstiche, Bohrungen, bearbeitete Flächen, Düseneinbauräume, etc. der Mischkammereinrichtung sind, wie aus den Figuren auch ersichtlich, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel spiegelsymmetrisch ausgeformt. Dabei weist die Mischkammereinrichtung 104 eine Mischkammer 108 auf, welche mittig, entlang der Rotationsachse der Mischkammereinrichtung 104 ausgeformt ist. Dabei kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Mischkammer 108 als eine Bohrung ausgeformt sein. Die Mischkammereinrichtung 104 wird in der Aussparung 106 des Kopfteils 102 mittels eines Dichtungsflanschs 110 gehalten. Der Dichtungsflanschs 110 weist mittig ein Durchgangsloch 112 auf, durch welches sich ein in der Mischkammer 108 axial beweglicher - erst in Fig. 2 dargestellter - Steuerkolben 114 durchführbar ist. In einem fertig montierten Zustand erstreckt sich der Steuerkolben 114 durch das Durchgangsloch 112 in die Mischkammer 108. Quer zur Mischkammer 108 bzw. der Mischkammereinrichtung 104, in der die Mischkammer 108 angeordnet ist, ist eine, insbesondere einteilige, Auslaufkammer 116 ausgeformt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Auslaufkammer 116 in einer wechselbaren Auslaufkammereinrichtung 118 ausgeformt. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft in der Auslaufkammer 116 ein Reinigungskolben. Die Auslaufkammereinrichtung 118 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel rotationssymmetrisch ausgeformt, dies ist aber nicht zwingend erforderlich (meist zumindest spiegelsymmetrisch, abgesehen von der Öffnung zur Mischkammer 108 bzw. zur Mischkammereinrichtung 104).

Die Mischkammer 108 weist einen Einlass 120 auf. Weiterhin weist die Mischkammer 108 einen zweiten Einlass 120' symmetrisch zum ersten Einlass 120 angeordnet, auf - dieser ist nicht dargestellt, der er quasi aus der Bildebene heraus in Richtung des Betrachters verläuft. Durch die beiden Einlässe 120 kann Ausgangsmaterial in die Mischkammer 108 eingetragen werden, welches dort (unter Druck) vermischt wird und dann durch einen Auslass 122 aus der Mischkammer 108 in die Auslaufkammer 116 ausgetragen wird. Die Einlässe 120 erstrecken sich von der Wand der Mischkammer 108 durch die Mischkammereinrichtung 104 auf die Außenseite der Mischkammereinrichtung 104.

In dem Kopfteil 108 ist eine Mischkammer-Aussparung 106 ausgeformt. Diese kann beispielsweise als eine Bohrung ausgeformt sein, wenn die Mischkammereinrichtung 104 zumindest in der Außenkontur rotations-symmetrisch ist und eine zylindrische Mantelfläche aufweist. Zwischen der Mischkammer-Aussparung 106 und der Mischkammereinrichtung 104 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Spielpassung 126 ausgeformt, d.h. der Durchmesser der Innenmantelfläche der Mischkammer-Aussparung 106 ist größer als der korrespondierende Durchmesser der Außenmantelfläche der Mischkammereinrichtung 104.

Die Mischkammer 108 weist an ihrem der Auslaufkammer 116 zugewandten Ende eine

Radialnut 128 auf, sowie zwei weitere Radialnuten 128 auf der der Auslaufkammer 116 entgegengesetzten Richtung. Dadurch ist, wie bereits dargestellt, ein rein zylindrisches Spiel zwischen Steuerkolben 114 und Mischkammer 108 möglich. Durch die Radialnut 128 ergeben sich im Betrieb selbstbildende Dichtungen.

Sowohl die Mischkammer-Aussparung 106 als auch die äußere Mantelfläche der Mischkammereinrichtung 104 weisen jeweils einen Durchmessersprung 130 auf. In einem Ausführungsbeispiel dient dieser Durchmessersprung 130 als ein erster Anschlag 132. Somit definiert der Durchmessersprung 130 am Außendurchmesser der Mischkammereinrichtung 104 den ersten Anschlag 132 in Bezug auf den korrespondierenden Anschlag 132 Strich in der Mischkammer-Aussparung 106 des Kopfteils 102. Über diese beiden Anschlagsflächen wird die Position der Mischkammereinrichtung 104 in Bewegungsrichtung des Steuerkolbens 114 definiert.

Alternativ ist in einem anderen Ausführungsbeispiel ein zweiter Anschlag 134 vorgesehen. Hierbei ist zu beachten, dass die Zählweise erster Anschlag 132 und zweiter Anschlag 134 sich nicht darauf bezieht, dass beide Anschläge in einem Ausführungsbeispiel umgesetzt sind. Vielmehr wäre in einem solchen Fall das System überbestimmt, und es könnte zu Problemen führen. Somit bezieht sich hier die Beschreibung auf erster Anschlag 132 und zweiter Anschlag 134 nur darauf, diese beiden Optionen voneinander zu unterscheiden. In der Variante, in der der zweite Anschlag 134 zu tragen kommt, ist eine Planfläche 136 in einer Aussparung 138 der Auslaufkammereinrichtung 118, die teilweise auch als Auslaufrohr bezeichnet wird, vorgesehen, welche als zweiter Anschlag 134 die Position der Mischkammereinrichtung 104 in Bewegungsrichtung des Steuerkolbens 114 definiert.

Die Auslaufkammer 116 ist quer zur Bewegungsrichtung des Steuerkolbens 114 angeordnet. In der Auslaufkammereinrichtung 118, teilweise auch als Auslaufrohr bezeichnet, ist eine vorzugsweise als Bohrung ausgeführte Aussparung 138 für die Mischkammereinrichtung 104 vorgesehen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Aussparung 138 eine Tiefe auf, welche kleiner ist als der Radius des Außendurchmessers der Auslaufkammereinrichtung 118. In Fig. 2 ist der in Fig. 1 dargestellte Mischkopf 100 in einer um 90° gedrehten Ansicht dargestellt. In der Mischkammer 108 ist der Steuerkolben 114 angeordnet. Im Steuerkolben sind zwei Steuernuten 140 ausgeformt. Diese sind symmetrisch zueinander angeordnet. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Mischkopf 100 eine ungerade Anzahl von Steuernuten 140 auf, beispielsweise drei Steuernuten 140, welche gleichverteilt zueinander auf der Mantelfläche des Steuerkolben 114 angeordnet sind. Die Steuernuten 140 werden auch als Rezirkulationsnuten bezeichnet, da durch diese in der geschlossenen Stellung des Steuerkolbens 114 die Ausgangsmaterialien Rezirkulieren können, d. h. zurück in einen Ausgangsbehälter oder Vorratsbehälter gelangen können. Vorteilhafterweise können so die Ausgangsmaterialien in einer vorbestimmten Temperatur bei einem vorbestimmten Druck bereitgestellt werden. Wie Eingangs bereits beschrieben handelt es sich bei den Ausgangsmaterialien um reaktive Komponenten bzw. Duroplast-Materialien, beispielsweise Polyol und Isocyanat, zur Herstellung von Polyurethan.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Steuerkolben 114 einteilig ausgeformt.

In Fig. 2 ist der Steuerkolben 114 in einer offenen Position und in Fig. 3 in einer geschlossenen Position angeordnet. Der Steuerkolben 114 ist in der Mischkammer 108 axial beweglich und kann zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position bewegt werden. In Fig. 3 ist die Funktion der Steuernuten 140 ersichtlich. Das Ausgangsmaterial strömt durch einen Einlass 120 ein und wird über eine zugeordnete Steuernut 140 zum Rezirkulationsauslass 152 geleitet. Der Fluss des Ausgangsmaterials ist in Fig. 4 als Pfeil dargestellt.

In Fig. 2 bis Fig. 4 ist ersichtlich, dass die Einlässe 120 und Rezirkulationsauslässe 152 zwischen Kopfteil 102 und Mischkammer 108 abgedichtet sind. So kann kein Ausgangsmaterial in die Spielpassung 126 zwischen Kopfteil 102 und Mischkammereinrichtung 104 dringen. Hierfür sind Dichtungen 154 in entsprechenden Radialnuten vorgesehen. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen, kommen auch andere Dichtungskonzepte zum Einsatz. Die folgend beschriebene Verdrehsicherung 150 der Mischkammereinrichtung 104 im Kopfteil 102 ist am deutlichsten in der Explosionsdarstellung in Fig. 6, Fig. 7 und Fig. 8 ersichtlich. Die Leiste 148 ist jedoch bereits in Fig. 2 und Fig. 3 sichtbar. Die Mischkammereinrichtung 104 weist an der zylindrischen Außenwand eine Aussparung 142 auf. In der zylindrischen Innenwand 144 des Kopfteils 102 ist zumindest eine Nut 146 ausgeformt. In der einen Aussparung 142 ist eine Leiste 148 angeordnet, die in die Nut 146 der zylindrischen Innenwand 144 eingreift, um eine Ausrichtung der Mischkammereinrichtung 104 zum Kopfteil 102 zu gewährleisten. Weiterhin wird dadurch eine Rotation der Mischkammereinrichtung 104 verhindert. Somit bilden die Aussparung 142 in der zylindrischen Innenwand 144 im Zusammenspiel mit der Nut 146 und der Leiste 148 eine Verdrehsicherung 150. Dies ist in Fig. 7 und Fig. 8 noch deutlicher gezeigt. Dort lässt sich auch durch die Art der Darstellung die Montage (&Montagereihenfolge) erkennen.

Eine alternative Verdrehsicherung - in den Figuren nicht dargestellt - kann mit einem Stift anstelle der Leiste erzielt werden. Dabei wird vorzugsweise die Aussparung und die Nut durch eine Bohrung ersetzt. Der Stift kann dann quer zur Mischkammer eingeführt werden. Dabei kann der Stift weiterhin eine Einrichtung aufweisen, die ein unbeabsichtigtes Lösen verhindert, entweder durch Wahl einer Übergangspassung zwischen Bohrung und Stift oder beispielsweise durch ein zusätzliches Gewinde.

Fig. 9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Montieren eines Mischkopfes nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren weist einen Schritt des Fügens und ergänzend oder alternativ einen Schritt des Demontierens auf. Die Mischkammereinrichtung 104 ist lösbar im Kopfteil 102 angeordnet, um wechselbar zu sein. Zwischen Kopfteil 102 und Mischkammereinrichtung 104 ist eine Übergangspassung und/oder Spielpassung ausgebildet.

Bei dem Fügen der Mischkammereinrichtung (104) in das Kopfteil (102) wird die Mischkammer (108) zum Kopfteil (100) ausgerichtet. Nach dem Fügen der Mischkammereinrichtung in das Kopfteil sind die zumindest zwei Einlässe und die zumindest zwei Rezirkulationsauslässe sowie der Auslass der Mischkammereinrichtung passgenau ausgerichtet, insbesondere ohne eine Nacharbeit.

Zur Montage wird zuerst ein Auslaufrohr in das Kopfteil eingeführt, wobei das Auslaufrohr quer zur Bewegungsrichtung des Steuerkolbens angeordnet ist. Das Auslaufrohr weist eine Aussparung (vorteilhafterweise Bohrung) für die Mischkammereinrichtung auf, wobei die Aussparung eine Tiefe aufweist, die kleiner als der Radius des Auslaufrohrs ist, wobei in einem darauf folgenden Arbeitsschritt die Mischkammer mit dem Kopfteil gefügt wird. Eine Planfläche der Aussparung des Auslaufrohrs wird als Anschlag die Position der Mischkammereinrichtung in Bewegungsrichtung des Steuerkolbens definiert.

Alternativ wird zur Montage zuerst ein Auslaufrohr in das Kopfteil eingeführt, wobei das Auslaufrohr quer zur Bewegungsrichtung des Steuerkolben angeordnet ist, wobei das Auslaufrohr eine Aussparung (Bohrung) für die Mischkammereinrichtung aufweist, wobei die Aussparung eine Tiefe aufweist, die kleiner als der Radius des Auslaufrohrs ist, wobei in einem darauf folgenden Arbeitsschritt die Mischkammer mit dem Kopfteil gefügt wird, wobei ein Durchmessersprung am Außendurchmesser der Mischkammereinrichtung auf einem Anschlag des Kopfteils die Position der Mischkammereinrichtung in Bewegungsrichtung des Steuerkolbens definiert. Dies zeigt zwei verschiedene Möglichkeiten für die Ausgestaltung eines Anschlags zur Positionsbestimmung der Mischkammereinrichtung im Kopfteil bzw. zum Auslaufrohr (wenn dieses vorhanden ist).

Die Mischkammereinrichtung kann im Kopfteil mittels eines Dichtungsflanschs verspannt werden. Bezugszeichenliste

100 Mischkopf

102 Kopfteil

104 Mischkammereinrichtung

106 Aussparung, Mischkammer-Aussparung

108 Mischkammer

110 Dichtungsflansch, axiale Fixierung

112 Durchgangsloch (im Dichtungsflansch)

114 Steuerkolben

116 Auslaufkammer

118 Auslaufkammereinrichtung, Auslaufrohr

120 Einlass

122 Auslass

126 Spielpassung

128 Radialnut (vorne und/oder hinten in der Mischkammer)

130 Durchmessersprung

132 (erster) Anschlag

134 (zweiter) Anschlag

136 Planfläche

138 Aussparung der Auslaufkammereinrichtung

140 Steuernut / Rezirkulationsnut

142 Aussparung, Nut

144 zylindrische Innenwand

146 Nut

148 Leiste

150 Verdrehsicherung

152 Rezirkulationsauslass

154 Dichtung