СМЕСИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С УДЕРЖИВАЮЩИМ ДАВЛЕНИЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЕМ
MIXING DEVICE WITH PRESSURE RETAINING DEVICE

Данное изобретение относится к смесительному устройству с признаками, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, и к способу изготовления вспененного материала с признаками, согласно ограничительной части пункта 15 формулы изобретения.
С помощью такого способа можно изготавливать с применением соответствующего смесительного устройства вспененные материалы, которые имеют различные возможности применения. В случае вспененных материалов речь может идти, например, об уплотнениях.
Из DE 2 125 679 известно устройство для смешивания и выдавливания жидких, после смешивания быстро затвердевающих многокомпонентных пластмасс. Это устройство имеет смесительную камеру с находящейся в ней мешалкой. Выпускная часть смесительной камеры расположена с возможностью сдвига относительно средней части смесительной камеры с преодолением возвратной силы. За счет давления материала внутри смесительной камеры или посредством отдельного управления выпускная часть открывается, после чего приводится во вращение мешалка, и входящий в смесительную камеру пластмассовый материал перемешивается. После окончания процесса выпуска смесительная камера должна быть полностью заполнена пластмассой, с целью предотвращения подмешивания воздуха и тем самым смешивания пластмассового материала с воздухом, поскольку это может отрицательно влиять на качество подлежащих созданию пластмассовых частей.
Из ЕР 776 745 В1 известен способ, в котором вязкая жидкость предварительно смешивается с газом, а затем в смесительном устройстве смешивается с отвердителем (см. фиг.7 в этой публикации). Недостатком является то, что в смесительном устройстве может происходить выход газа из вязкой жидкости, так что смесь смешанной с газом вязкой жидкости и отвердителя после расширения может иметь не желательные свойства, соответственно, может ухудшаться также само расширение.
Из DE 1 779 667 А известно смесительное устройство, в котором мешалка выполнена из двух частей, при этом обе части предварительно напряжены относительно друг друга с помощью пружины, так что при превышении имеющегося в смесительном устройстве давления пружина сжимается и открывается выпускное отверстие. За счет этого может предотвращаться подтекание. При этом не обеспечивается, что давление в смесительном устройстве всегда остается выше значения, при котором может надежно предотвращаться вспенивающее выделение газа в смесительном устройстве.
Задачей изобретения является создание смесительного устройства и способа, в которых устраняются указанные выше недостатки.
Эта задача решена с помощью смесительного устройства с признаками пункта 1 формулы изобретения и способа с признаками пункта 15 формулы изобретения.
С помощью удерживающего давление приспособления можно задавать в смесительном устройстве такое давление, что предотвращается выход газа из по меньшей мере одной жидкости и/или по меньшей мере одного жидкого отверждающего или сшивающего средства, соответственно, из смеси жидкости и отверждающего или сшивающего средства. Задаваемое давление, при котором предотвращается удаление газа из по меньшей мере одной жидкости и/или из жидкого отверждающего или сшивающего средства, можно при этом определять опытным путем.
Предпочтительные варианты выполнения изобретения заданы в зависимых пунктах формулы изобретения.
По меньшей мере одна жидкость может быть предпочтительно вязкой жидкостью. Примерами указанной, по меньшей мере, одной жидкости являются полиолы, силиконы, эпоксидные смолы, сложные эфиры, акрилаты и полимеры MS.
Примерами газа, с которым смешивается жидкость и/или жидкие отверждающие или сшивающие средства, являются воздух, азот, диоксид углерода.
Примером отверждающего средства является изоцианат.
Примерами сшивающего средства являются силиконы.
Другими примерами для систем по меньшей мере с двумя компонентами являются:
- аддитивно сшивающий силикон с силиконом в виде жидкости и силиконом в виде аддитивно сшивающего средства;
- конденсационно сшивающий силикон, например, с водой и/или гликолями, или, согласно DE 10 2008 011 986 А1, с силиконом в виде жидкости и водой и/или гликолем в качестве конденсационно сшивающего средства;
- полиуретан (результат), сшитый с помощью изоцианата в качестве отверждающего средства. Полиольный компонент в качестве жидкости может содержать, например, полиэфирполиол, полиэфирполиол, тиол, гликоль, амин, увеличитель длины цепи и акрилат. Изоцианаты могут быть ароматическими (например, на основе MDI, TDI), а также алифатическими (например, на основе HDI, IPDI, двенадцатикратно гидрированные MDI);
- полиизоцианураты, второй компонент содержит тримеризационные катализаторы и, возможно, еще полиолы, другие вещества с активным водородом или не реактивными разбавителями;
- заканчивающиеся группой 1K NCO полиуретаны с водой и/или гликолями в качестве отверждающего или сшивающего средства (бустерные системы);
- системы эпоксидной кислоты;
- силанмодифицированные полимеры с водой и/или гликолями в компоненте В, например, полимеры MS;
- акрилаты, радикально отвержденные;
- не насыщенные полиэфирные смолы, радикально отвержденные;
- смола сложных виниловых эфиров, радикально отвержденные.
Задаваемое с помощью удерживающего давление приспособления давление можно создавать в простейшем случае с помощью расположенной в зоне выпускного отверстия заглушки или ограничивающего доступную зону выпускного отверстия с образованием щели твердого противодействующего средства. Необходимые для желаемого давления размеры заглушки или щели можно определять опытным путем или посредством вычислений.
Предпочтительно предусмотрена возможность посредством регулирующего приспособления изменяемо, предпочтительно ступенчато или бесступенчато, регулировать задаваемое удерживающим давление приспособлением давление. За счет этого можно реагировать на различные количества смешанного с жидкостью и/или жидким отверждающим или сшивающим средствов газа и на различные выпускаемые из выпускного отверстия количества. Однако, может быть также достаточным устанавливать удерживающее давление приспособление один раз на определенное давление, которое затем не изменяется.
Альтернативно к возможности изменения с помощью регулировочного приспособления, может быть предусмотрена сменная заглушка для выпускного отверстия с различными диаметрами заглушки или сменное, соединяемое с выпускным отверстием сопло с различными длинами и/или внутренними диаметрами.
Предпочтительно предусмотрено, что удерживающее давление приспособление содержит расположенный с возможностью перемещения в смесительном устройстве относительно выпускного отверстия исполнительный элемент, с помощью которого обеспечивается возможность настройки остающейся между исполнительным элементом и выпускным отверстием щели и тем самым создаваемого с помощью удерживающего давление приспособления давления. В зависимости от величины щели, давление в смесительном устройстве является различным, при этом меньшая щель приводит к более высокому давлению в смесительном устройстве. В этом примере выполнения удерживающее давление приспособление образовано с помощью создаваемой между исполнительным элементом и выпускным отверстием щели при введении материала в смесительное устройство.
Особенно предпочтительно предусмотрено, что смесительное устройство имеет мешалку для смешивания по меньшей мере одной жидкости и по меньшей мере одного жидкого отверждающего или сшивающего средства. В этом случае смесительное устройство может называться также динамическим смесительным устройством.
Если предусмотрена мешалка, то сама мешалка может быть выполнена с возможностью перемещения и образовывать исполнительный элемент.
Предпочтительно предусмотрено, что перемещаемый исполнительный элемент предварительно напряжен с помощью аккумулятора энергии в направлении выпускного отверстия. За счет этого можно автоматически реагировать на колебания вязкости смеси из жидкости и отверждающего или сшивающего средства и изменения выпускаемого количества так, что давление в смесительном устройстве остается по существу постоянным. Аккумулятор энергии может быть выполнен в виде механической пружины, в виде пневматической пружины, в виде гидравлического цилиндропоршневого блока, в виде исполнительного элемента за счет нагруженной силой тяжести дополнительной массы, в виде электрического привода (например, линейного привода) или т.п.
Предпочтительно, предусмотрено приспособление для установки силы аккумулятора энергии. В случае механической пружины это может быть, например, регулируемый упор для пружины. В случае пневматической пружины или гидравлического цилиндропоршневого блока обеспечивается возможность непосредственной установки давления.
В опустошенном состоянии смесительного устройства аккумулятор энергии предпочтительно имеет такие размеры, что выпускное отверстие закрыто исполнительным элементом. За счет введенного в смесительное устройство через подводящие отверстия материала, исполнительный элемент отодвигается с преодолением силы аккумулятора энергии от выходного отверстия с образованием щели. Величина движения от выпускного отверстия может регулироваться с помощью приспособления для установки силы аккумулятора энергии.
В качестве альтернативы перемещаемому исполнительному элементу может быть предусмотрено, что обеспечивается возможность перемещения выпускного отверстия относительно неподвижного в осевом направлении средства, предпочтительно мешалки, для установки (настройки) щели, остающейся между выпускным отверстием и неподвижным в осевом направлении средством. В этом случае удерживающее давление приспособление содержит неподвижное в осевом направлении средство и перемещаемое относительно неподвижного в осевом направлении средства выпускное отверстие.
Если смесительное устройство выполнено продольно протяженным, то может быть предпочтительно, когда по меньшей мере одно выпускное отверстие по меньшей мере для одной жидкости или по меньшей мере одно подводящее отверстие по меньшей мере для одной жидкости и по меньшей мере одно другое подающее отверстие по меньшей мере для жидкого отверждающего или сшивающего средства расположены в различных осевых положениях смесительного устройства. Поскольку смешивание жидкости с жидким отверждающим или сшивающим средством осуществляется лишь в зоне того подводящего отверстия, которое лежит ближе к выпускному отверстию, то в лежащей в осевом направлении выше зоне не происходит смешивания или происходит лишь небольшое смешивание.
Может быть предусмотрено, что выпускное отверстие смесительного устройства соединено с соплом.
Может быть предусмотрено, что газ в жидкости и/или в жидком отверждающем или сшивающем средстве находится по меньшей мере частично в растворенном состоянии.
Предлагается, согласно изобретению, также система, содержащая смесительное устройство в соответствии по меньшей мере с одним из указанных выше примеров выполнения и источник для по меньшей мере одной жидкости, который соединен по меньшей мере с одним подводящим отверстием для по меньшей мере одной жидкости, при этом предпочтительно по меньшей мере одна жидкость смешана с газом, и источник для по меньшей мере одного жидкого отверждающего или сшивающего средства, который соединен по меньшей мере с одним другим подводящим отверстием для по меньшей мере одного жидкого отверждающего или сшивающего средства, при этом предпочтительно по меньшей мере одно жидкое отверждающее или сшивающее средство смешано с газом.
Ниже изобретение поясняется более подробно на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1а-1с - первый пример выполнения смесительного устройства, согласно изобретению, с различными вариантами выполнения деталей, показанными в увеличенном масштабе;
фиг.2 - второй пример выполнения смесительного устройства, согласно изобретению;
фиг.3а и 3b - мешалка с действующими на мешалку силами;
фиг.4 и 5 - другие примеры выполнения предлагаемого смесительного устройства, в увеличенном масштабе.
На фиг.1а показано смесительное устройство 1 со смесительной камерой 12. Показаны подводящее отверстие 2 по меньшей мере для одной смешанной с газом вязкой жидкости (например, полиола смешанного с воздухом) и другое подводящее отверстие 3 по меньшей мере для одного жидкого отверждающего или сшивающего средства (например, изоцианата), которые ведут в смесительную камеру 12. В этом примере выполнения смесительное устройство 1 выполнено динамическим и содержит мешалку 7, которая установлена с возможностью вращения в смесительной камере 12. Возможно также, что дополнительно к жидкости или вместо жидкости, жидкое отверждающее или сшивающее средство может быть смешано с газом, например, с воздухом.
Вблизи вершины мешалки 7 предусмотрено выпускное отверстие 4, через которое создаваемая в смесительной камере 12 смесь по меньшей мере из одной смешанной с газом вязкой жидкости и жидкого отверждающего или сшивающего средства может выпускаться в направлении сопла 9.
В данном примере выполнения соотношения давления выбраны так, что после выпускного отверстия 4 происходит падение давления смеси по меньшей мере из одной смешанной с газом вязкой жидкости и жидкого отверждающего или сшивающего средства ниже того давления, при котором происходит выделение газа в смеси, так что за счет выхода газа происходит расширение и тем самым вспенивание (физическое вспенивание) смеси.
Удерживающее давление приспособление образовано в этом примере с помощью нагруженной аккумулятором 8 энергии мешалки 7, которая расположена на расстоянии от выпускного отверстия на величину щели 6.
Для создания смеси по меньшей мере из одной смешанной с газом вязкой жидкости и жидкого отверждающего или сшивающего средства, смешанная с газом вязкая жидкость, которая подается из источника 10 через первое подводящее отверстие 2, и жидкое отверждающее или сшивающее средство, которое подается из другого источника 11 через второе подводящее отверстие 3, вводятся в выполненное продольно протяженным смесительное устройство 1 в различных осевых положениях. С помощью вращающейся мешалки 7 происходит смешивание этих обоих компонентов.
В показанном здесь предпочтительном варианте выполнения аккумулятор 8 энергии предусмотрен в виде пружины, которая давит на имеющую выпускное отверстие 4 торцевую поверхность 13 смесительной камеры 12 так долго, пока за счет введенного из источников 10 и 11 материала на мешалку 7 не будет действовать достаточная сила для ее отодвигания от торцевой поверхности 13 и образования за счет этого щели 6 (здесь кольцевой щели) между торцевой поверхностью 13 и мешалкой 7, за счет чего изготовленная в смесительной камере 12 смесь может выходить из выпускного отверстия 4. Прикладываемая аккумулятором 8 энергии в направлении выпускного отверстия 4 сила выбирается так, что за счет обратного подпора смеси материала в зоне щели 6 создается распространяющееся через смесительную камеру 12 давление, которое предотвращает выход газа из смеси газа с вязкой жидкостью.
Если происходят колебания в обратном подпоре (например, вследствие изменяющегося количества выпускаемого материала, колебаний вязкости смеси, колебаний температуры, наполнителей в смеси и т.д.), то происходит самостоятельное согласование положения мешалки 7 относительно выпускного отверстия 4, так что давление в смесительной камере 12 удерживается по существу постоянным. Уплотнение 15 (которое показано здесь действующим лишь в одном направлении, но которое может также действовать в обоих направлениях) герметично окружает вращающийся вал 16 мешалки 7 и герметизирует смесительную камеру 12 в зоне вала 16 мешалки 7. Уплотнение 15 может состоять, например, из тефлона и обеспечивать легкоподвижное осевое движение вращающегося вала 16. За счет того, что вал 16 вращается и уплотнение 15 вызывает небольшое трение, может достигаться очень точное согласование положения мешалки 7. В частности, за счет этого могут предотвращаться не желательные колебания давления за счет внезапного осевого смещения мешалки 7 вследствие эффекта неравномерного движения. За счет вращения вала 16 облегчается также осевой сдвиг мешалки 7. Предпочтительно, уплотнение 15 выполнено в виде уплотнения ротационного и возвратно-поступательного движения.
Предварительное напряжение аккумулятора 8 энергии можно регулировать в показанном примере выполнения. Для этого в этом примере выполнения предусмотрено выполненное в качестве упора для пружины регулировочное приспособление 5 в виде резьбовой втулки, переставляемой в осевом направлении посредством поворотного движения.
Вместо этого возможен также пример выполнения, в котором не предусмотрен аккумулятор 8 энергии, и щель между выпускным отверстием 4 и мешалкой 7 устанавливается неизменной. В этом примере выполнения отсутствует возможность реагирования на колебания обратного подпора. Возможен также другой, не изображенный пример выполнения, в котором хотя и предусмотрен аккумулятор 8 энергии, однако он конструктивно выполнен для заданной величины предварительного напряжения. В этом случае также не может происходить изменение.
На фиг.1b показана в увеличенном масштабе вершина мешалки 7, которая в этом примере выполнена более острой, чем наклон торцевой поверхности 13 смесительной камеры 12. За счет этого вершина мешалки 7 прилегает лишь кольцеобразно к торцевой поверхности 13 и выступает в выпускное отверстие 4, с целью его кольцеобразного закрывания.
На фиг.1с показан пример выполнения, в котором аккумулятор 8 энергии выполнен в виде пневматической пружины. Кроме того, возможен также вариант выполнения, в котором аккумулятор 8 энергии выполнен в виде гидравлического цилиндропоршневого блока.
В отличие от фиг.1а-1с, на фиг.2 показан пример выполнения, в котором в смесительной камере 12 установлена не мешалка 12 с возможностью перемещения, а торцевая стенка смесительной камеры 12, в торцевой поверхности 13 которой расположено выпускное отверстие 4, установлена с возможностью перемещения относительно мешалки 7, с целью установки снова щели 6 между выпускным отверстием 4 и мешалкой 7. Все те варианты выполнения, которые показаны применительно к фиг.1а, возможны также в примере выполнения, согласно фиг.2.
На фиг.3а показана мешалка 7. Прикладываемые введенным в смесительную камеру 12 материалом к мешалке 7 силы (обозначены направленными к мешалке 7 стрелками) уравновешиваются за исключением зон А1 (герметизированная зона мешалки 7) и А2 (по существу не имеющая давления зона, через которую обеспечивается возможность выведения материала из выпускного отверстия 4). В смесительной камере 12 возникает давление, которое максимально соответствует прикладываемой аккумулятором 8 энергии силе, разделенной на разницу этих двух площадей А1 и А2 (см. фиг.3b).
На фиг.4 показан другой пример выполнения удерживающего давление приспособления для смесительного устройства 1, согласно фиг.1, и на фиг.5 показан другой пример выполнения удерживающего давление приспособления для смесительного устройства 1, согласно фиг.2. В обоих случаях удерживающее давление приспособление образовано с помощью заглушки 14 и мешалки 7, которая расположена на расстоянии щели 6 от выпускного отверстия 4. Задаваемое с помощью удерживающего давление приспособления давление может создаваться с помощью расположенной в выпускном отверстии 4 заглушки 14. Требуемые для желаемого давления размеры заглушки 14 можно определять опытным путем или посредством вычислений. Это обеспечивает особенно простую конструкцию удерживающего давление приспособления, при которой можно, в частности, отказаться от регулировочного приспособления 5.
Перечень позиций
1 Смесительное устройство
2 Подводящее отверстие для по меньшей мере одной смешанной с газом вязкой жидкости
3 Другое подводящее отверстие для по меньшей мере одного жидкого отверждающего или сшивающего средства
4 Выпускное отверстие
5 Регулировочное приспособление
6 Щель
7 Мешалка
8 Аккумулятор энергии
9 Сопло
10 Источник для по меньшей мере одной смешанной с газом вязкой жидкости
11 Источник для по меньшей мере одного жидкого отверждающего или сшивающего средства
12 Смесительная камера
13 Торцевая поверхность
14 Заглушка
15 Уплотнение
16 Вал.