УСТРОЙСТВО ДОЗИРОВАННОЙ ВЫДАЧИ ДВУХ КОМПОНЕНТОВ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ С ПАТРОНОМ ИЛИ БАЛЛОНОМ, В КОТОРОМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ НАХОДИТСЯ, ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ, ОДИН КОМПОНЕНТ
TWO-COMPONENT DISPENSER TO BE CONNECTED WITH CARTRIDGE OR CYLINDER CONTAINING AT LEAST ONE COMPONENT

Изобретение относится к устройству дозированной выдачи двух компонентов для соединения с патроном или с баллоном, в котором под давлением находится, по меньшей мере, один компонент.
В таких баллонах под давлением хранятся, например, компоненты для получения монтажных пен. В принципе, различают одно- и двухкомпонентные монтажные пены. Однокомпонентные монтажные пены хранятся в аэрозольных баллонах, а в случае больших количеств - также в емкостях под давлением. Для выдачи используется ручной диспенсер или дозатор. При этом пена вступает в реакцию с влажностью воздуха или водой в основании, в результате чего пена затвердевает. В случае двухкомпонентной монтажной пены перед ее нанесением смешиваются два компонента. Смешивание происходит в баллоне под давлением, так что все его содержимое должно обрабатываться непосредственно перед нанесением. Однако уже известны патроны, в которых оба компонента хранятся отдельно и смешиваются в нужном соотношении в смесительной трубке непосредственно при нанесении. Двухкомпонентная монтажная пена равномерно затвердевает независимо от влажности воздуха, поэтому ее применение возможно, например, также в закрытых полостях.
Монтажные пены находят применение, например, при монтаже окон и дверных рам. В затвердевшем состоянии монтажные пены устойчивы к воде, маслу, бензину, щелочам и различным растворителям. Монтажная пена не разрушается и не гниет. При монтаже дверных рам и при установке окон очень часто применяется полиуретановая пена. Однако настоящее изобретение относится не только к двухкомпонентным монтажным пенам, но и к другим двухкомпонентным формулам, например, в технике обработки поверхностей или для клеев.
Двухкомпонентные полиуретановые пенные системы состоят, как правило, из форполимера, сшивающего агента и газа-вытеснителя. В таких системах форполимер и сшивающий агент хранятся отдельно друг от друга, например, когда сшивающий агент размещен в интегральной гильзе в содержащем газовый форполимер аэрозольном баллоне. Содержащийся в интегральной гильзе сшивающий агент после его освобождения посредством запальной головки вступает в реакцию с полиизоцианатным избытком форполимера, после чего возникает затвердевающая без добавления воды или влажности воздуха пенная система. В результате возникает быстроотверждающаяся смоляная система, которая по окончании фазы гелеобразования имеет еще небольшое давление расширения. Двухкомпонентная полиуретановая пенная система известна, например, из DE 4038400 А1.
Сшивающий агент в интегральной гильзе служит для воздействия на затвердевание и качество продукта, как правило, для ускорения затвердевания. Этот компонент незадолго до выдачи содержимого баллона вводится в него за счет открывания интегральной гильзы и примешивается к содержимому при встряхивании. Затем готовая смесь должна быть израсходована в течение определенного времени с тем, чтобы предотвратить затвердевание форполимера в баллоне. Кроме того, существует опасность взрыва, если смесь своевременно не израсходована, поскольку из-за экзотермической реакции температура и, тем самым, давление в баллоне очень сильно возрастают.
Таким образом, в двухкомпонентных системах принципиально возникает проблема, заключающаяся в том, что оставшееся в баллоне количество после смешивания обоих компонентов становится непригодным для последующего использования. Это остаточное количество приходится поэтому только утилизировать. Другая проблема двухкомпонентных систем заключается в том, что соотношение смешивания обоих компонентов трудно регулировать. Напротив, соотношение смешивания устанавливается уже в процессе производства с количеством заполненных в баллон компонентов.
В основе настоящего изобретения лежит задача создания устройства для дозированной выдачи двух компонентов, выполненного с возможностью надевания на патрон или баллон, в котором под давлением хранится, по меньшей мере, один компонент, и соединения с ним, причем со вторым компонентом должно смешиваться только выданное из патрона количество, по меньшей мере, одного компонента, так что оставшееся в патроне или баллоне количество может быть сохранено для последующих применений. Кроме того, задачей изобретения является обеспечение возможности установления соотношения смешивания обоих компонентов.
Для решения этой задачи устройство описанного выше рода отличается, в основном, тем, что предусмотрены, по меньшей мере, один входной клапан и выпускное отверстие со сквозным каналом для находящегося под давлением первого компонента, дополнительное выпускное отверстие для второго компонента, детектор количества протекающего по сквозному каналу первого компонента и дозатор для второго компонента, так что дозирование второго компонента происходит в зависимости от измеренного количества первого компонента. Устройство имеет, тем самым, два отдельных выпускных отверстия для выдачи обоих компонентов, причем выпускное отверстие для первого компонента сообщается с баллоном через входной клапан и сквозной канал. Для второго компонента предусмотрено отдельное выпускное отверстие, так что оба компонента могут подаваться к смесителю по отдельности. Благодаря наличию детектора количества протекающего по сквозному каналу первого компонента становится возможным зависимое от его количества дозирование второго компонента. Для этой цели, согласно изобретению, предусмотрен дозатор для второго компонента, так что его дозирование происходит в зависимости от измеренного количества первого компонента. При этом дозатор обеспечивает регулируемое дозирование второго компонента, так что можно точно соблюдать заданное соотношение смешивания.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, может быть предусмотрен регулятор соотношения смешивания обоих компонентов. Таким образом, дозированное количество второго компонента можно согласовать с соответствующими потребностями, благодаря чему можно задавать твердеющие, вспенивающие или клеящие свойства двухкомпонентной пены.
В то время как первый компонент подается к устройству из патрона или баллона, второй компонент может быть подготовлен различным образом. Согласно первому предпочтительному варианту, устройство имеет камеру для хранения второго компонента, которая предпочтительно через насос сообщается с дополнительным выпускным отверстием. Следовательно, второй компонент хранится непосредственно в устройстве, причем выдаваемое количество устанавливается дозатором. Особенно просто выдаваемое количество устанавливается в соответствии с одним предпочтительным вариантом, когда второй компонент выдается с помощью насоса.
В качестве альтернативы хранению второго компонента в камере устройства он может подаваться из дополнительного, находящегося под давлением баллона. В этой связи в одном предпочтительном варианте предусмотрено, что для подачи второго компонента из находящегося под давлением баллона предусмотрен дополнительный входной клапан, который может соответственно регулироваться.
Для смешивания обоих компонентов в одном предпочтительном варианте предусмотрен смесительный канал, в который впадают выпускные отверстия или присоединенные к ним линии. При этом оба компонента могут смешиваться между собой в подключенной статической смесительной системе, или в случае использования пистолета может быть предусмотрено, что один компонент течет через пистолет, а второй компонент по дополнительной трубке вне пистолета направляется к его острию и примешивается к первому компоненту только после его выхода из пистолета.
Детектор количества может быть выполнен в виде механического или электрического датчика. При механическом выполнении предпочтительно предусмотрено, что детектор количества включает деталь, механически приводимую во вращение потоком первого компонента. Связь детектора количества с дозатором осуществляется в этом случае за счет того, что его приводимая во вращение деталь и дозатор механически связаны между собой. Связь может осуществляться, например, за счет зацепления зубчатых колес, ременного привода и т.п. Например, может быть предусмотрено, что приводимая во вращение деталь детектора количества непосредственно или через редуктор приводит в действие насос дозатора. Это обеспечивает исключительно надежное соблюдение заданного соотношения смешивания обоих компонентов.
В качестве альтернативы связь детектора количества и дозатора может осуществляться электрически. При этом выполнение усовершенствовано предпочтительно таким образом, что детектор количества содержит преобразователь движения приводимой во вращение детали детектора количества в электрический выходной сигнал. При этом преобразование в электрический выходной сигнал может происходить особенно просто за счет того, что преобразователь выполнен в виде электрического генератора. Зависимый от расхода первого компонента электрический выходной сигнал детектора количества используется для управления дозатором.
Детектор количества может быть выполнен также непосредственно в виде электрического детектора, причем детектор количества включает в себя предпочтительно доплеровский датчик расхода, емкостный или индуктивный датчик массового расхода, термоанемометр, датчик импеданса и/или датчик разности давлений и имеет электрический выходной сигнал. Последний подается к дозатору либо непосредственно, либо через управляющую схему.
В случае механического выполнения детектора количества, как уже сказано, предпочтительно предусмотрена приводимая во вращение деталь. В этой связи, согласно одному предпочтительному варианту, детектор количества содержит цилиндр с впускным и выпускным отверстиями и установленный с возможностью перемещения в нем поршень, причем поршень имеет две пары каналов, попеременно сообщающих соответствующую полость цилиндра с впускным или выпускным отверстиями. Протекание первого компонента через детектор количества вызывает за счет каналов, попеременно сообщающих соответствующую полость цилиндра с впускным или выпускным отверстиями, возвратно-поступательные движения поршня, причем скорость и число возвратно-поступательных движений позволяют сделать непосредственный вывод о расходе.
Конструктивно особенно простое выполнение достигается за счет того, что для попеременного открывания и закрывания каналов предусмотрены клапанные пластины, которые за счет относительного смещения выборочно закрывают и открывают каналы. В качестве альтернативы закрыванию и открыванию каналов клапанными пластинами может быть предусмотрено, что поршень установлен в цилиндре с возможностью поворота между первым и вторым положениями, причем в зависимости от положения поворота каналы одной или другой пары расположены в совмещенном с впускным или выпускным отверстиями положении.
Осциллирующему движению поршня может способствовать то, что на клапанную пластину или на поршень воздействует, по меньшей мере, одна установленная в направляющей кулисе пружина, причем направляющая кулиса пружины проходит с наклоном к траектории перемещения поршня, за счет чего в зависимости от пути его перемещения пружина натягивается в направлении поперек траектории перемещения, и что клапанная пластина или поршень снабжена/снабжен направляющим штифтом, входящим в огибающую направляющую кулису, которая после превышения определенного пути перемещения поршня вызывает смещение клапанной пластины или поворот поршня. При этом предпочтительно предусмотрено, что направляющая кулиса пружины проходит с наклоном к направляющей кулисе клапанной пластины или поршня. При перемещении поршня пружина сначала непрерывно натягивается в одном направлении, а по достижении определенного конечного положения точка воздействия пружины за счет кулисной направляющей смещается таким образом, что пружина отпускается и вызывает быстрое и надежное закрывание прежде открытых каналов и открывание прежде закрытых каналов, в результате чего возникает резкое реверсирование движения поршня.
Другое механическое выполнение детектора количества предусматривает, что сквозной канал, по меньшей мере, на части своей длины образован искривленной сплющиваемой трубкой, а детектор количества содержит, по меньшей мере, два вращающихся сплющивающих колесика, которые попеременно взаимодействуют со сплющиваемой трубкой, причем сплющивающие колесики установлены на общем вращающемся вокруг центральной оси каркасе и через коаксиальные им зубчатые колеса и консольные зубчатые колеса связаны с центральным неподвижным зубчатым колесом.
Принцип действия взаимодействующих со сплющиваемой трубкой сплющивающих колесиков более подробно поясняется ниже на примере осуществления изобретения.
В целом, благодаря изобретению создана насадка или система «add-on» для обычных аэрозольных баллонов или пистолетов. Устройство может быть соединено, например, с обычным баллоном, в котором находится компонент для однокомпонентной пены. При этом может выдаваться либо только однокомпонентная пена, либо за счет отдельной дополнительной выдачи второго компонента может быть получена двухкомпонентная пена. Второй компонент может быть примешан по необходимости, так что выборочно в распоряжении может быть одно- или двухкомпонентный продукт. За счет возможности присоединения устройства к обычному однокомпонентному аэрозольному баллону для получения двухкомпонентного продукта могут использоваться также дешевые продукты. Кроме того, устройство дает то преимущество, что оба компонента могут выдаваться по отдельности, так что оставшееся в соответствующих емкостях количество может быть сохранено для дальнейших применений.
Для достижения особенно простой связи с обычным аэрозольным баллоном выполнение усовершенствовано при этом таким образом, что входной клапан выполнен в виде присоединительного элемента для исполнительного клапана патрона или баллона.
Изобретение более подробно поясняется ниже на примере его осуществления, схематично изображенного на чертеже. Фиг.1 представляет сечение устройства, фиг.2 - сечение детектора количества, фиг.3 - вид по стрелке III из фиг.2, фиг.4a-4f - последовательность движений поршня в детекторе количества из фиг.3, фиг.5a-5f - последовательность движений при виде из фиг.4, фиг.6 - видоизмененное выполнение детектора количества в сечении, фиг.7 - вид по стрелке VII из фиг.6, фиг.8 - другое видоизмененное выполнение детектора количества и фиг.9 - вид по стрелке IX из фиг.8.
На фиг.1 изображен аэрозольный баллон 12, в котором под давлением находится первый компонент. Баллон 12 содержит исполнительный клапан, на который надет входной клапан 1 устройства 13. Входной клапан 1 сообщен со сквозным каналом 3, впадающим в выпускное отверстие 2. При открытом выпускном отверстии 2 содержащийся в баллоне 12 первый компонент может быть выдан за счет господствующего в нем избыточного давления. Протекающее по сквозному каналу 3 количество первого компонента измеряется детектором 4 количества. Измеренные им значения подаются в электронный контрольно-регулирующий блок 9, к которому присоединен элемент 8 питания. Предусмотрен насос 6, управляемый блоком 9. Насос 6 образует дозатор для находящегося в камере 5 второго компонента. Насос 6 обеспечивает дозированную выдачу второго компонента через выпускное отверстие 7. Блок 9 обеспечивает дозирование второго компонента в зависимости от измеренного количества первого компонента. На фиг.1 изображены также кнопки 10 для включения и выключения блока 9, а также информационный дисплей или сигнальные лампочки 11.
Как уже сказано, детектор 4 количества может быть выполнен в виде механического или электрического детектора. Механическое выполнение изображено на фиг.2 и 3.
Детектор количества образован цилиндром 14, в котором с возможностью возвратно-поступательного перемещения по стрелке 16 установлен поршень 15. Цилиндр 14 имеет впускное 17 и выпускное 18 отверстия. Поршень 15 имеет две пары каналов 19, 20, причем один канал соответствующей пары сообщает впускное отверстие 17 с одной из обеих полостей 21, 22 цилиндра, а другой канал - другую полость с выпускным отверстием 18.
Как видно, в частности, из фиг.3, предусмотрены клапанные пластины 23, которые могут открывать или закрывать обращенные к впускному 17 и выпускному 18 отверстиям отверстия каналов 19, 20. Клапанные пластины 23 имеют отверстие 24, которое за счет смещения клапанной пластины 23 в направлении стрелки 25 может быть совмещено либо с выходом канала 19, либо с выходом канала 20. На впускном 17 и выпускном 18 отверстиях расположены по одной клапанной пластине 23, причем клапанные пластины 23 движутся синхронно таким образом, что оба канала 19 или оба канала 20 открываются, а соответственно другие каналы закрываются. Управление движением клапанных пластин 23 на них осуществляется воздействием пружин 26, которые своим обращенным от клапанной пластины 23 концом расположены в направляющей кулисе 27. Последняя проходит под наклоном относительно направления 16 перемещения поршня 15. Это вызывает сжатие одной пружины 26 при перемещении поршня 15 в направлении стрелки 16 и растяжение другой пружины 26, в результате чего на клапанную пластину 23 в направлении поперек соответствующего направления 16 перемещения действует усилие натяжения. Клапанная пластина 23 содержит направляющий штифт 28, расположенный в неподвижной огибающей направляющей кулисе 29, выполненной таким образом, что при перемещении поршня 15 в направлении стрелки 16 клапанная пластина 23 движется в том же направлении и по достижении поршнем 15 его конечного положения завершает свое смещение в направлении стрелки 25.
Точный цикл движений изображен на фиг.4a-4f и 5a-5f. Фиг.4a-4f соответствуют виду на фиг.2, а фиг.5a-5f - виду на фиг.3. На фиг.4а показано левое конечное положение поршня 15. Клапанные пластины 23 расположены таким образом, что каналы 19 открыты. За счет этого первый компонент течет через впускное отверстие 17 и нижний канал 19 в левую полость 21 цилиндра, в результате чего в ней возникает избыточное давление, которое вызывает перемещение поршня 15 в направлении стрелки 30. Это перемещение, в свою очередь, вызывает вытекание первого компонента из правой полости 22 цилиндра через верхний канал 19 и выпускное отверстие 18. На фиг.4b, 4с поршень 15 изображен в различных положениях во время перемещения в направлении стрелки 30. При этом на фиг.5а-5с видно, что во время этого перемещения натягиваются пружины 26, расположенные в проходящих с наклоном к направлению перемещения направляющих кулисах 27. Клапанные пластины 23 посредством направляющего штифта 28 направляются в параллельном направлению перемещения поршня 15 участке направляющей кулисы 29, пока поршень 15 не достигнет положения на фиг.5с. В этом положении направляющий штифт 28 достигает проходящего поперек направления перемещения поршня 15 участка направляющей кулисы 29, так что за счет действующих на клапанную пластину 23 усилий пружин происходит ее смещение в направлении стрелки 31. Смещенное положение клапанной пластины 23 показано на фиг.5d. В этом смещенном положении отверстие 24 клапанной пластины 23 совмещено не с выходом каналов 19, а с выходом каналов 20, в результате чего происходит реверсирование движения поршня 15. Первый компонент течет через нижний канал 20 из впускного отверстия 17 в правую полость 22 цилиндра, что за счет возникающего в ней избыточного давления вызывает перемещение поршня 15 в направлении стрелки 32. При этом второй компонент вытекает из левой полости 21 цилиндра через верхний канал 20 и выпускное отверстие 18. Это перемещение поршня 15 в направлении стрелки 32 изображено на фиг.4d-4f. На фиг.5d-5f видно, что во время этого перемещения пружины 26 снова натягиваются, пока направляющий штифт 28 снова не достигнет проходящего поперек направления перемещения поршня 15 участка направляющей кулисы 29, в результате чего клапанная пластина 23 смещается из положения на фиг.5f в положение на фиг.5а, так что изображенный на фиг.4a-4f и фиг.5a-5f цикл движений может быть повторен. При наличии разности давлений между впускным 17 и выпускным 18 отверстиями возникает, следовательно, осциллирующее движение поршня 15.
На фиг.6 изображено видоизмененное выполнение детектора 4 количества, в котором в отличие от выполнения, представленного на фиг.2-5, попеременное открывание и закрывание каналов 19, 20 происходит не за счет смещения клапанных пластин, а за счет поворота поршня 15 во время его перемещения в направлении стрелки 16. В зависимости от положения поворота входы и выходы каналов 19, 20 совмещаются с впускным 17 и выпускным 18 отверстиями цилиндра 14, как это видно на фиг.7. Изменение положения поворота поршня 15 также происходит по достижении его конечного положения, причем также предусмотрены пружины 26, воздействующие на шток 33, который воздействует на поршень 15 вне оси его вращения. Пружины 26 также расположены в направляющих кулисах 27, так что при перемещении поршня 15 в направлении стрелки 16 происходит натяжение пружин 26, которые оказывают на поршень 15 крутящий момент, в результате чего поршень 15 поворачивается на определенный угол, как только соединенный с ним направляющий штифт 28 попадет на обеспечивающий такой поворот участок направляющей кулисы 29. Возникает аналогичный цикл движений, описанный со ссылкой на фиг.4a-4f и 5a-5f, причем в отличие от изображенного на этих чертежах варианта движутся не клапанные пластины 23, а поршень 15 по достижении своего конечного положения при перемещении поворачивается на определенный угол для попеременного открывания и закрывания каналов 19, 20.
Другое видоизмененное выполнение детектора количества изображено на фиг.8 и 9. Сквозной канал устройства образован сплющиваемой трубкой 34, которая расположена на согнутой сплющивающей накладке 35. Предусмотрено центральное неподвижное зубчатое колесо 36, с которым в зацеплении находятся три консольных зубчатых колеса 37. Последние, в свою очередь, находятся в зацеплении со сплющивающими колесиками 38, которые взаимодействуют с согнутой сплющиваемой трубкой 34. Оси консольных зубчатых колес 37 и сплющивающих колесиков 38 расположены на одном общем каркасе 39, установленном с возможностью вращения вокруг центральной оси 40 в направлении стрелки 41. Привод для вращательного движения возникает за счет того, что протекающая по сплющиваемой трубке 34 среда захватывает сплющивающие колесики 38 в направлении течения, причем они обкатываются по сплющиваемой трубке 34. Как только одно из сплющивающих колесиков 38 дойдет до конца вдоль согнутого участка сплющиваемой трубки 34, к ней попадет следующее в направлении 41 вращения сплющивающее колесико 38, в результате чего происходит непрерывное вращательное движение каркаса 39. Во время вращения каркаса 39 напрягается подпружиненный толкатель 42, который разблокируется незадолго до того, как колесико покинет сплющиваемую трубку. При этом пружина толкает каркас 39 дальше в направлении 41 вращения, благодаря чему начальное контактное сопротивление между сплющиваемой трубкой и следующим колесиком преодолевается легче. Вращательное движение каркаса 39 зависит от расхода в сплющиваемой трубке 34, так что число оборотов находится в заданном соотношении с расходом.
На фиг.9 на виде сбоку показано зацепление друг с другом отдельных зубчатых колес.