SCHEIDT, Ernst (Berliner Str. 6, Dachau, 85221, DE)
| Ansprüche 1 . Sprühdüse zur Zudosierung von Stoffen in ein Reaktivgemisch umfassend - ein Gehäuse (12), - einen Anschluss (14) am Gehäuse (12) mit einem Einlass (16) für das Reaktivgemisch, wobei der Anschluss (14) einerseits mit einem Mischkopf verbindbar ist und andererseits zu einer Mischkammer (30) führt, - eine Materialaustrittsöffnung (28) am strömungsmäßigen Ende der Mischkammer (30), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Zufuhreinrichtung (18) für einen zuzudosierenden Stoff in dem Gehäuse (12) vorgesehen ist, der einen Kanal (20) aufweist, welcher über zumindest eine Einlassöffnung mit der Mischkammer (30) verbunden ist, und zumindest eine Luftzufuhr (22) vorgesehen ist, die strömungsmäßig nach der Ein- lassöffnung über zumindest eine Luftzufuhröffnung (26) in die Mischkammer (30) mündet. 2. Sprühdüse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an dem vorderen Ende des Einlasses (16) eine Venturidüse (38) vorgesehen ist, die mit dem Lufteinlass oder einem weiteren Lufteinlass verbunden ist. 3. Sprühdüse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Venturidüse (38) und Lufteinlass ein um den Einlass (16) angeordneter Sammelraum, insbesondere Ringraum (36), vorgesehen ist. 4. Sprühdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Zufuhreinrichtungen (18) für einen zuzudosierenden Stoff vorgesehen sind. 5. Sprühdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzufuhr (22) einen Ringraum (24) umfasst, der mit einem Luftführungskanal mit der Mischkammer verbunden ist. 6. Sprühdose nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von umfangsmäßig um das Ende der Mischkammer angeordnete Luftzufuhroffnungen vorgesehen sind, die mit dem Ringraum verbunden sind. 7. Sprühdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungskanäle und/oder die Luftzufuhroffnungen derart ausgebildet sind, dass am Ausgang der Mischkammer ein Drall erzeugbar ist. 8. Sprühdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Mündungsbereich der Einspritzdüsen deren Achse zur Strömungsrichtung in der Mischkammer einen Winkel, insbesondere einen spitzen Winkel, aufweist. |
Sprühdüse zur Zudosierung von Stoffen in ein Reaktivgemisch
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sprühdüse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Allgemein ist es bekannt, zu Reaktivgemischen, bestehend beispielsweise aus einem Polyurethangemisch, also aus Isocyanat- und Polyol-Elementen oder aus einem anderen Mehrkomponentensystem, weitere Stoffe, wie Füllstoffe, Verstärkungsstoffe, Additive etc. (nachfolgend als zusätzlicher Stoff bezeichnet) beizumischen.
Dazu kann man die Feststoffe außerhalb eines Mischkopfes in einen Sprühstrahl einmischen. Diesbezüglich wird beispielhaft auf die EP 1 458 494 B1 hingewiesen. Zur Verarbeitung von Füllstoffen mit einer extrem niedrigen Dichte (z.B. von sogenannten Mikro-Glasbubbels mit nur wenigen μιτι Durchmesser und einer Dichte von 0,2) ist dieses Verfahren jedoch ungeeignet, da solche Stoffe zum größten Teil beim Austritt aus dem Zudosierbaustein von der Umgebungsluft Verblasen und nur teilweise von der Flüssigkeit aufgenommen werden.
Eine weitere Einmischung kann dadurch erreicht werden, dass in eine Mischkammer, in die die einzelnen reaktiven Komponenten separat eindosiert und miteinander vermischt werden, auch der zusätzliche Stoff oder die zusätzlichen Stoffe eingegeben wird. Allerdings gibt es einige Materialien, beispielsweise solche, die sehr empfindlich sind und sich nicht als sogenannte Batchkomponente in das Reaktivgemisch, insbesondere in die Mischkammer eines Mischkopfes, einmischen lassen. In einen Misch köpf werden nämlich oftmals die Isocyanat- und Polyolkomponenten - oder die anderen Komponenten eines Mehrkomponentensystems - unter hohem Druck verdüst und miteinander vermischt. Dieser Druck - und die dabei entstehende Kraftentfaltung - kann bei empfindlichen Stoffen zur Zerstörung der Partikelstruktur und damit zum Verlust der später gewünschten Eigenschaft führen. Dies trifft auch auf die oben bereits erwähnten Micro-Bubbles aus Glas zu, ebenso wie auf Blähgraphit oder andere empfindliche Materialien.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sprühdüse anzugeben, mit der auch empfindliche Materialien in ein Reaktivgemisch eingebracht werden können, wobei die gesamte Mischung anschließend verdüsbar sein soll.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Demgemäß wird in einem (üblichen) Mischkopf zunächst das Reaktivgemisch hergestellt und dieses der - vorzugsweise separaten oder am Ende des Mischkopfes vorgesehenen - Sprühdüse über einen Anschluss zugeführt. Der Anschluss weist einen Einlass auf, der mit einer weiteren Mischkammer verbunden ist. In diese Mischkammer wird über eine separate Zufuhr der zuzudosierende, empfindliche Stoff eingebracht und in der Mischkammer unter weniger hohem Druck miteinander homogen vermischt.
Weiter wird nachfolgend Luft über eine Luftzufuhr und Luftzufuhröffnungen in die Mischkammer eingeführt, mit der das vorher hergestellte Gemisch aus dem Reaktivgemisch und dem zuzudosierenden Stoff verdüst wird. Dazu sind die Luftzufuhröffnungen vorzugsweise am strömungsmäßigen Ende der Mischkammer umfangsmäßig um die Mischkammer verteilt angesehen. Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform weist die Luftzufuhr einen Ringraum im Gehäuse der Sprühdüse auf, die mit der Vielzahl von umfangsmäßig um das Ende der Mischkammer angeordneten Luftzufuhröffnungen verbunden ist, so dass eine gleichmäßige Einbringung der Luft über den Umfang hinweg möglich ist. Weiter ist es von Vorteil, wenn die Luftführungskanäle und/oder die Luftzufuhröffnungen derart ausgebildet sind, dass ein Drall erzeugbar ist, wodurch ein in definierter Weise aufgefächerter Strahl erzeugt werden kann. Die Luftzufuhr ist aber nicht unbedingt notwendig. Sollte das Gemisch einfach in eine Werkzeugform eingebracht werden, kann auf die Luftzufuhr auch verzichtet werden.
Zudem kann zusätzlich der Ventu -Effekt ausgenutzt werden. Dazu wird ist am auslassseitigen Ende des (Material-) Einlasses eine Venturidüse ausgebildet, die mit dem gleichen oder einem weiteren Lufteinlass verbunden ist. Zwischen Venturidüse und Lufteinlass kann im Bereich des (Material-) Einlasses, insbesondere diesen ringförmig umgebend, ein Luftsammeiraum (z.B. Ringraum) angeordnet werden, über den die zusätzlich zugeführte Luft in die Venturidüse verteilt wird. Mit dieser vorzugsweisen Ausbildung strömt Luft mit hoher Geschwindigkeit beispielsweise über den Ringspalt zwischen Düsengehäuse und eine den (Material-) Einlass bildende Lanze in die Mischkammer. Dabei wird ein Sog an den Einströmdüsen des Feststoffes durch den Ventuh-Effekt erzeugt und der Füllstoff gleichsam angesaugt. Dies bewirkt eine gleichmäßige Förderung des in das reaktive Materialgemisch einzumischenden Stoffes. Das Spaltmaß kann beispielsweise zwischen 0,1 und 0,5 mm liegen.
Damit der zuzudosierende Stoff schonend in das Reaktivgemisch innerhalb der Mischkammer eingemischt werden kann, weist die Einspritzdüse in ihrem Mündungsbereich strömungsmäßig eine Ausrichtung auf, die vorzugsweise in einem spitzen Winkel zu der Strömungsrichtung der Mischkammer verläuft. Auf diese Weise werden die Materialströmungen ohne große Druck- und Krafteinwirkung auf die Teilchen miteinander vermischt.
Insgesamt kann mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden, dass auch empfindliche Füllstoffe (z.B. bruchempfindliche Füllstoffe) bereits innerhalb der Düse in das reaktive Materialgemisch eingebracht werden können, um eine Freiwerden nach Außen möglichst zu vermeiden und die einzubringenden Stoffe möglichst vollständig in das reaktive Materialgemisch einzubinden. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines einzigen Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen
Sprühdüse gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht der Sprühdüse aus Fig. 1
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen
Sprühdüse gemäß einer zweiten Ausführungsform und
Fig. 4 eine vergrößerte Detailschnittdarstellung des in Fig. 3 mit Kreis gekennzeichneten Bereiches.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsform der Sprühdüse 10 für die Zudosierung von empfindlichen Stoffen in ein Reaktivgemisch umfasst ein Gehäuse 12, in welchem mit einer oberen Öffnung ein Anschluss 14 vorgesehen ist, der mit einem nicht dargestellten Mischkopf verbunden werden kann. Der Anschluss 14 weist einen Einlasskanal 16 auf, der in eine Mischkammer 30 des Gehäuses 12 mündet.
In diese Mischkammer 30 münden auch zwei Kanäle 20 von zwei Materialzufuhrvorrichtungen 18, über die mittels entsprechender Leitungen und Zufuhrvorrichtungen die zuzudosierenden Stoffe der Mischkammer 30 zugeführt werden können. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass diese Mischkammer 30 von der Mischkammer eines Mischkopfes verschieden ist, wobei in letzterer die Reaktivkomponenten miteinander vermischt werden. Insofern wird der Mischkammer 30 der Sprühdüse bereits ein Reaktivgemisch zugeführt.
Als zuzudosierende Stoffe sind beispielsweise empfindliche Teilchen, wie Micro- Bubbles aus Glas oder Blähgraphit vorgesehen. Die Kanäle 20 münden vorliegend am oberen Ende der Misch kammer 30 in einem spitzen Winkel in diese, so dass die empfindlichen Stoffe ohne große Druck- und Kraftbeaufschlagung in das Reaktivmaterialgemisch innerhalb der Mischkammer 30 eindosiert werden können. Dazu ist auch hilfreich, dass die Mischkammer einen größeren Durchmesser als der Einlasskanal 16 aufweist.
Über zwei Luftzufuhreinlässe 22 (vgl. Fig. 2), die mit einem Ringraum 24 innerhalb des Gehäuses 12 in Verbindung stehen, wird Luft über eine Vielzahl von umfangsmäßig um ein strömungsmäßiges Ende der Mischkammer 30 angeordnete Luftzufuhröffnungen 26 in die Mischkammer eingedüst, wobei jede Luftzufuhröffnung 26 mit dem Ringraum 24 über Luftzufuhrkanäle in Strömungsverbindung steht. Durch die förmliche Ausgestaltung der Luftzufuhröffnungen 26 sowie die Ausrichtung der Luftzufuhrkanäle zu den Luftzufuhröffnungen 26 kann eine Drallwirkung des Gesamtgemisches erzeugt werden, der zu einem in gewünschter Weise aufgefächerten Sprühstrahl führt.
Der Kernbestandteil der vorliegend beschriebenen Sprühdüse ist dabei ein in das Gehäuse 12 einsetzbarer, insbesondere einschraubbarer Einsatz 32, mit dem die Mischkammer 30, die Luftzufuhr wie auch die Lufteindüsung realisiert werden kann.
Das so hergestellte Gesamtgemisch aus dem Reaktivgemisch und dem zuzudosierenden Stoff wird über eine Austragsoffnung 28 ausgesprüht und auf die Oberfläche eines zu beschichtenden Körpers aufgetragen.
In den Fig. 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sprühdüse 10' dargestellt. Diese Sprühdüse 10' stimmt bis auf wenige Details mit derjenigen Sprühdüse 10 aus den Fig. 1 und 2 überein, was auch dadurch zum Ausdruck gebracht wird, dass die mit den in den Fig. 1 und 2 übereinstimmenden Bezugszeichen der Fig. 3 und 4 gleiche oder ähnliche Konstruktionselemente bezeichnen. Die Konstruktion der Sprühdüse 10' unterscheidet sich insbesondere dadurch von derjenigen der Sprühdüse 10, dass eine weitere Luftzufuhr 34 im Gehäuse 12 angeordnet ist, die in einem Ringraum 36 endet, welcher um den in Form einer Lanze ausgebildeten Einlass 16 angeordnet ist. Am Ende dieses Einlasses für 16 das reaktive Materialgemisch ist durch eine entsprechende Verjüngung der Lanze (vgl. Fig. 4) eine Venturidüse 38 ausgebildet, die mit dem Ringraum 36 in Strömungsverbindung steht.
Bei dieser Ausbildung strömt über den Einlass 34 eingebrachte Luft mit hoher Geschwindigkeit über den Ringspalt 36 zwischen Düsengehäuse 12 und die den Einlass für das Reaktivgemisch bildende Lanze in die Mischkammer 30. Dabei wird ein Sog an den Enden der Einströmdüsen des Feststoffes (Einströmkanal 20) durch den Venturi-Effekt erzeugt und der Füllstoff angesaugt. Dies bewirkt eine gleichmäßige Förderung des in das reaktive Materialgemisch einzumischenden Stoffes. Das in den Figuren dargestellte Spaltmaß kann beispielsweise zwischen 0,1 und 0,5 mm liegen.
Überdies ist bei der Sprühdüse 10' das auslassseitige Ende (Austragsöffnung 28) unterschiedlich zu derjenigen bei der Sprühdüse 10 ausgebildet.
Mit der vorliegenden Sprühdüse lässt sich auch ein druckempfindlicher Stoff in ein Reaktivgemisch einmischen und mit diesem verdüsen.
Bezugszeichenliste
Sprühdüse
Gehäuse
Mischkopfanschluss
Einströmkanal für reaktives Gemisch (in Lanze ausgebildet)
Feststoff-Einströmdüse
Einströmkanal
Luft-Einströmdüse
Ringkanal
Eintrittsöffnungen für Sprühluft
Austragssöffnung
Misch kam mer
Einsatz
Zusätzlicher Luftanschluss
Ringraum um Einströmkanal bzw. Lanze
Ventun-Düse
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