Titel

Vorrichtung zum Herstellen von mit Verstärkungsfasern durchsetzten

Kunststoffteilen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von mit Verstärkungsfasern durchsetzten Kunststoffteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. So ist in der EP 771 259 B1 eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen von mit Verstärkungsfasern durchsetzten Kunststoffteilen angegeben, bei der ein Reinigungskolben in einer Auslaufkammer hin und her beweglich geführt ist. Der Reinigungskolben weist einen intern ausgebildeten Faser-Förderkanal auf. Zwischen dem Reinigungskanal und der zylindrischen Auslaufkammer ist ein Ringraum vorgesehen, durch den das in einer Mischkammer hergestellte reaktive System parallel zum Faser-Förderkanal in Richtung des Auslasses transportiert wird. Am Ende des Reinigungskolbens vereinigt sich der Strom aus reaktivem Ausgangsmaterial mit den im Faser-Förderkanal zugeführten Fasern.

Aus der DE 26 28 854 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von glasfaserverstärkten Formteilen bekannt, bei dem in einer Mischkammer ein reaktives Material gebildet wird, welches über eine Düse ausgebracht wird. In den Strahl aus dem reaktiven Materialgemisch werden außerhalb der Vorrichtung ein oder mehrere Faserstrahle zugeführt.

Aus der DE-OS 20 17 548 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen, dosierten Einbringen von Füllstoff mit Schaumstoffmassen bekannt, bei dem innerhalb eines Dosierstutzens ein Fasermaterial geführt ist, welches am Ende des Dosierstutzens in eine Auslaufkammer austritt. Zwischen dem Dosierstutzen und dem Mantelgehäuse ist ein Ringkanal gebildet, an dessen unteren Ende Ringdüsen zwischen dem Mantelgehäuse und dem Dosierstutzen ausgebildet sind, so dass das reaktive Materialgemisch über diese Ringdüsen in diesen Faserstrom eingebracht werden kann. Diese Vorrichtung ist jedoch für einen hin- und her beweglichen Reinigungskolben nicht verwendbar.

Die DE 28 23 189 A1 beschreibt einen Mischkopf, bei dem über einen Kanal ein Fasermaterial einem Mischkopf zugeführt wird. In eine Mischkammer, in die das Fasermaterial eingegeben wird, weisen zwei Einspritzdüsen, die die einzelnen reaktiven Komponenten oder das reaktive Gemisch einbringen. Anschließend wird das mit dem reaktiven Material getränkte Fasermaterial über einen Austrag ausgebracht.

In der DE 26 01 368 A1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von faserverstärkten Konstruktionsteilen beschrieben, bei der in einem Mischkopf ein inneres Rohr angeordnet ist, dem ein Faserstrom mit luftgeführten Fasern zugeführt werden kann. Gleichzeitig wird über das Rohr eine Druckluft eingebracht, die am vorderen Ende über zur Rohrachse geneigten Bohrungen austritt. Gleichzeitig kann zwischen einem Ringraum zwischen dem Mantel und dem Gehäuse ein reaktives Materialgemisch eingebracht werden, welches sich am austragsseitigen Ende mit dem Fasermaterial vereinigt. Die Luftbohrungen sind dabei zwischen dem Faserkanal und dem Ringkanal für das reaktive Material angeordnet.

In der DE 30 13 237 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines aus mindestens zwei fließfähigen Reaktionskomponenten und Füllstoffen bestehenden Massiv- oder Schaumstoff bildenden Gemisches beschrieben. Dabei werden Reaktionskomponenten über Einspritzöffnungen in einem Mischkopf einer Mischkammer zugeführt und in eine Auslassbohrung eingebracht. Eine Füllstoffzuführung mündet ebenfalls in diese Auslassbohrung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen weiteren Mischkopf anzugeben, der bei beweglichem Reinigungskolben eine möglichst optimale Vermischung zwischen einem reaktiven Materialgemisch und zugeführten Stoffen, insbesondere Faserstoffen, gewährleistet. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist an der Stirnseite des Reinigungskolbens eine Düse vorgesehen, durch die sich zum einen der Faser-Förderkanal erstreckt und in der zum anderen am Außenumfang eine Ringnut angeordnet ist, die in einer Position mit der Mischkammer strömungsmäßig in Verbindung bringbar ist und in einer anderen Position keine Strömungsverbindung zur Mischkammer besitzt. Da von der Ringnut zum auslassseitigen Ende der Düse zumindest eine, vorzugsweise jedoch mehrere Düsenkanäle ausgebildet sind, wird das von der Mischkammer über die Ringnut den Düsenkanälen zur Verfügung gestellte reaktive Materialgemisch gleichsam in die zugeführten Stoffe, insbesondere die Fasern, hineinverdüst, so dass sich die zusammengeführten Materialien in besonders optimaler Weise miteinander vermischen.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform enden die Düsenbohrungen radial außerhalb des Faser-Förderkanals, so dass das reaktive Materialgemisch radial von außerhalb in den Faserstrom eingesprüht wird.

Durch besondere Ausführungsformen am Ende der Düsenkanäle, beispielsweise durch Erweiterungen (linsenförmige Erweiterungen) oder keilförmige Nuten können besondere Maßnahmen zum wirksamen Zerstäuben des reaktiven Materialgemisches erreicht werden. Eine besonders gute Einbringung des reaktiven Materials ist auch dann gegeben, wenn sich die Düsenbohrungen umfangsmäßig gleichmäßig um den Faser-Förderkanal verteilen.

Vorzugsweise sollten die Achsen der Düsenbohrungen in ihrer Verlängerung einen spitzen Winkel mit der Achse des Faser-Förderkanals einschließen. Der Winkel sollte zumindest im Bereich von 5° bis 85° liegen; als bevorzugte Winkelbereiche können auch Winkel zwischen 10° und 50° gewählt werden.

Gemäß einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind alle Düsenbohrungen derart ausgerichtet, dass sich deren gedachte Verlängerungen in einem einzigen Schnittpunkt schneiden. Dieser Schnittpunkt kann überdies auf der zentralen Achse des Faser-Förderkanals liegen. Hinsichtlich seiner axialen Länge kann der Schnittpunkt der gedachten Verlängerungen innerhalb oder außerhalb der Auslaufkammer zum Liegen kommen. Dies hängt im Wesentlichen vom Winkel ab, mit dem die Auslassdüsen bezüglich der Längsachse ausgebildet sind.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind auch Luftführungsbohrungen (zumindest eine) vorgesehen, die derart bezüglich der Bewegungsrichtung des Reinigungskolbens angeordnet sind, dass sie zum einen zur Strömungsverbindung mit der Mischkammer versetzt gewählt werden und zum anderen in zumindest einer Position des Reinigungskolbens mit der Ringnut in Verbindung bringbar sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung münden die Luftführungsbohrungen für den Fall, dass die Ringnut mit der Mischkammer in Verbindung steht, unmittelbar in den Auslaufkanal.

In einer ersten Position können die Luftführungsbohrungen die Düsenbohrungen ausblasen und damit ein Festsetzen von reaktiven Materialkomponenten in den Düsenbohrungen verhindern. In einer zweiten Position und für den Fall, dass sich der Mischkopf im operativen Förderbetrieb befindet, bei dem das reaktive Material über die Mischkammer und den Ringkanal sowie die Düsenbohrungen in den Faser-Förderstrom eingesprüht werden, kann die Luft über die Luftzuführungsbohrungen den Transport des Gesamtstroms und die Beabstandung des Stroms von der Wandung des Mischkopfes unterstützen bzw. sicherstellen.

Eine konkrete Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nachfolgend und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine schematische Frontansicht eines erfindungsgemäßen

Mischkopfes, Fig. 2 eine schematische Teilschnittdarstellung entlang Linie A-A aus

Fig. 1 ,

Fig. 3 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung gemäß des Bereichs B aus Fig. 2 und

Fig. 4a - 4d vier verschiedene Ausführungsformen einer Düse jeweils in einer Schnittdarstellung.

In Fig. 1 sind in schematischer Frontansicht ein Mischkopf 10 mit entsprechendem Gehäuse und zwei Materialzufuhrleitungen 12 und 14 sowie zwei Materialrück- rührleitungen 16 und 18 dargestellt. Am unteren Ende des Mischkopfes 10 erkennt man ein Auslaufrohr 36, aus dem - wie nachfolgend noch erläutert wird - das Gemisch aus Fasern und reaktiven Komponenten ausgebracht wird.

In Fig. 2 ist der untere Teil des in Fig. 1 dargestellten Mischkopfes entlang der Linie A-A in einer Schnittdarstellung gezeigt. Dabei weist der Mischkopf 10 in einer Bohrung seines Gehäuses eine Buchse 30 auf, in der ein Reinigungskolben 28 hin und her beweglich geführt ist. Sowohl Buchse 30 wie auch Reinigungskolben sind vorliegend nur teilweise dargestellt (jeweils unterer Bereich). Innerhalb des Reinigungskolbens 28 ist mit kreisförmigem Querschnitt ein Faser-Förderkanal 32 ausgebildet, der koaxial zu der Gehäusebohrung verläuft.

Der Faser-Förderkanal 32 des Reinigungskolbens 28 mündet in einen koaxialen zylindrischen Auslaufkanal 38 in dem Auslaufrohr 36.

An seinem vorderen Ende weist der Reinigungskolben 28 einen Düseneinsatz 34 auf, der vergrößert in Fig. 3 zu erkennen ist. Verschiedene Ausführungsformen solcher Düsen, die nachfolgend noch genauer erläutert werden, sind in den Figuren 4a - 4d dargestellt. In Fig. 2 ist gezeigt, dass in die Auslaufkammer 38 eine Mischkammer 20 mündet, die bei diesem Ausführungsbeispiel in einem rechten Winkel verläuft und in der die reaktiven Komponenten (z. B. Polyol und Isocyanat) eingespritzt und miteinander vermischt werden. In dieser Mischkammer 20 ist ein Steuerkolben 26 ebenfalls hin und her beweglich geführt, wobei der Antrieb des Steuerkolbens mit einem Kolben 26 in einem hydraulischen Zylinder mit entsprechenden Hydraulikleitungen realisiert ist.

Mit dem Stopfen 15 wird eine Bohrung verschlossen, die zur fertigungstechnischen Ausbildung der Mischkammer 20 dient.

Die Funktionsweise des vorgenannt beschriebenen Mischkopfes wird nun anhand der Fig. 3 erläutert.

Über Düsenöffnungen 22, von denen in Fig. 3 nur eine dargestellt ist, werden die einzelnen reaktiven Ausgangskomponenten Polyol und Isocyanat bei zurückgezogenem Steuerkolben 24 in die Mischkammer eingespritzt und im Hochdruck-Injektionsverfahren miteinander vermischt. Der Reinigungskolben 28 ist dabei in einer Position, dass eine sich über den gesamten Umfang des Düseneinsatzes 34 erstreckende Ringnut 40 sich auf Höhe der Mischkammer befindet und von dort Material empfängt. Das von der Mischkammer 20 stammende Material wird über die Ringnut umfangsmäßig um den Reinigungskolben 28 verteilt. Von der Ringnut führen - umfangsmäßig in äquidistantem Abstand angeordnet - eine Vielzahl von Düsenkanälen 42 zum vorderen, stirnseitigen Ende des Düseneinsatzes 28. Dabei enden diese Düsenkanäle 42 radial geringfügig außerhalb der radial äußeren Begrenzung des Faser-Förderkanals. Das in der Mischkammer 20 erzeugte Reaktionsgemisch wird somit über den Ringkanal 40 und die Vielzahl von Düsenkanälen 42 in V-förmiger Weise in den Faserstrahl, der durch den Faser-Förderkanal 32 gefördert wird und aus diesem austritt, eingespritzt und vermischt sich innig mit diesem. Dabei sind die Düsenkanäle 42 vorliegend mit einem Winkel von 10° - 50° zur Längsachse des Faser-Förderkanals 32 angeordnet und treffen sich allesamt in einem einzigen Schnittpunkt auf dieser Achse. Dieser Schnittpunkt liegt noch innerhalb der Auslaufkammer 38. Durch dieses „Einstrahlen" erfolgt eine optimale Benetzung und Verwirbelung der Faser bei entsprechend zurückgezogenem Reinigungskolben, wie in Fig. 3 dargestellt. Gleichzeitig wird über vier umfangsmäßig gleichmäßig verteilt angeordnete Luftförderkanäle 46, die im Auslaufrohr 36 angeordnet sind, ebenfalls in spitzem Winkel Luft eingeblasen. Diese Luft hilft den benetzten Faserstrahl zu führen und zu fördern.

Soll nun kein Fasermaterialgemisch mehr ausgebracht werden, so wird zum einen der Faserstrom durch den Faser-Förderkanal 32 unterbunden. Zum anderen wird der Reinigungskolben 38 nach vorne verschoben und zwar derart, dass nunmehr die Ringnut 40 über den Luftkanälen 46 zu liegen kommt. Damit wird einerseits der Zufluss von reaktivem Material zur Ringnut 40 unterbunden und andererseits wird die Ringnut über die Luftkanäle 46 mit Luft versorgt, die über die Düsenkanäle 42 ausgeblasen wird. Dadurch kann man die Düsenkanäle 42 entsprechend spülen und reinigen, um so ein Festsetzen von reaktivem Material in den Düsenkanälen 42 mit der Folge einer Verstopfung zu verhindern.

Gleichzeitig mit dem Vorschieben des Reinigungskolbens 28 wird auch der Steuerkolben 24 nach vorne geschoben werden mit dem Effekt, dass die einzelnen reaktiven Ausgangsmaterialien in (nicht dargestellten) Rezirkulationsnuten in die Rückläufe 16 und 18 der einzelnen Komponenten zurückgeführt werden.

In den Figuren 4a - 4d sind verschiedene Ausführungsformen für Düseneinsätze 34 dargestellt, wobei jeder Düseneinsatz eine ansprechende Ringnut 40 und entsprechende Düsenkanäle 42 aufweist. Bei der Ausführungsform in Fig. 4a sind insgesamt vier Düsenkanäle 42 vorgesehen, die an einer im Wesentlichen planen Stirnseite in spitzem Winkel enden und äquidistant zueinander angeordnet sind.

Die Ausführungsform des Düseneinsatzes 34 in Fig. 4b unterscheidet sich lediglich dadurch von demjenigen der Fig. 4a, dass nunmehr die Düsenkanäle 42 an einer schrägen Innenseite enden und somit das reaktive Ausgangsgemisch etwas unmittelbarer in den Faserstrahl eingespritzt werden kann. In Fig. 4c sind sechs Düsenkanäle 42 angeordnet, die analog der Ausführungsform der Fig. 4b in den stirnseitigen Bereich des Düseneinsatzes 34 münden.

Aus der Fig. 4d kann man einen Düseneinsatz erkennen, bei dem die zwei erkennbaren Düsenbohrungen 42 (es können jedoch mehrere vorgesehen sein) in einer umlaufenden keilförmigen Nut enden, die ein Zerstäuben des ausströmenden Polyurethans bewirken soll.

Mit der vorliegenden Erfindung ist ein Mischkopf angegeben, bei dem sich mit hin und her beweglichem Reinigungskolben eine gute Benetzung mit reaktivem Ausgangsmaterial erreichen lässt.

Bezugszeichenliste

Misch köpf

Zufuhr für reaktive Komponente 1

Zufuhr für reaktive Komponente 2

Verschlussstopfen

Rücklauf für reaktive Komponente 1

Rücklauf für reaktive Komponente 2

Misch kam mer

Düsenöffnung

Steuerkolben

Kolbenantrieb für Steuerkolben

Reinigungskolben

Buchse

Faser-Förderkanal

Düseneinsatz

Auslaufrohr

Auslaufkanal

Ringnut

Düsenkanal

Luftanschluss

Luftkanal