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DE3136297A1 - Device for producing multi-component plastics - Google Patents

Device for producing multi-component plastics

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DE3136297A1
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piston
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sealing
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BASF Polyurethanes GmbH
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Elastogran Machinenbau GmbH and Co
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Abstract

In the production of multi-component plastics, in particular those with solids as additive to at least one of the components, said multi-component plastics are transported with the aid of a piston-cylinder unit consisting of a metering cylinder and a drive cylinder. The variation of the component flow rate in the metering cylinder is brought about by varying the conveying rate of a hydraulic pressure medium which can act on the drive cylinder. To relieve the sealing elements, in particular to relieve the roof-type sleeve seal sealing off the components in the metering cylinder, the space between the sealing elements arranged at a distance from one another is acted on by a sealing liquid which is chemically neutral with respect to the material of the sealing elements. In this manner, penetration of abrasive solid particles into roof-type sleeve seals is prevented and the plastic component and the sealing liquid are always under proportionally the same pressure difference in temporal sequence.

Description

Vorrichtung zur Herstellung von MehrkomponentenkunststoffenDevice for the production of multi-component plastics

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Mehrkomponentenkunststoffen, insbesondere Polyurethan mit Feststoffen als Zuschlag zumindest einer der Komponenten oder mit mindestens einer hochviskosen Komponente unter Verwendung einer aus einem Dosierzylinder und einem Antriebszylinder bestehenden Rolben-Zylinder-Einheit, wobei die zu fördernde Komponentenmenge mit einem einzigen Hub ausgedrückt wird, die Anderung der Komponentenmenge pro Zeit der Kolben-Zylinder-Einheit durch Änderung der Fördermenge eines Druckmittels bewirkt wird, mit dem der Antriebszylinder beaufschlagbar ist, und der Dosierzylinder mit einem Behälter für die Kunststoff-Komponente sowie mit einem Mischkopf in Verbindung steht.The invention relates to an apparatus for producing Multi-component plastics, in particular polyurethane with solids as an additive at least one of the components or with at least one highly viscous component using one consisting of a metering cylinder and a drive cylinder Rolben-cylinder-unit, whereby the amount of components to be conveyed with a single Stroke is expressed as the change in the amount of components per time of the piston-cylinder unit is effected by changing the delivery rate of a pressure medium with which the drive cylinder can be acted upon, and the dosing cylinder with a container for the plastic component and is in communication with a mixing head.

Zur Darstellung der Erfindungs-Gattung ist im Oberbegriff des Anspruchs 1 von einer bekannten Vorrichtung im Sinne der DE-OS 26 13 771 ausgegangen, mit der bisher flüssige Sunststoffkomponenten mit hoher Viskosität oder mit abrasiven Eigenschaften, d.h. abschleifenden Eigenschaften durch physikalische Wirkung, unter hohen Drücken einer Gegenstrom-Inäektionsvermischung zugeführt wurden.To represent the genre of the invention is in the preamble of the claim 1 based on a known device within the meaning of DE-OS 26 13 771, with of the previously liquid plastic components with high viscosity or with abrasive Properties, i.e. abrasive properties through physical action, under high pressures of countercurrent infection mixing.

Dabei erfolgt die Dosierung der Kunststoffkomponenten, beispielsweise Polyol und Isocyanat zur Herstellung von Polyurethan, mit Hilfe langsam laufender Kolbenpumpen, die bei jeder Dosierung nur einen Hub ausführen. In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß mit der Verwendung solcher Dosierzylinder in der Hochdrucktechnik die Dichtelemente zwischen Kolben und Zylinder zu einem kritischen Bauteil werden. Unter den erschwerten Einsatzbedingungen genügen die bekannten Dichtungen vielfach nicht den gestellten Anforderungen. Insbesondere eine hinreichende Dichtwirkung gegenüber der füllstoffhaltigen Kunststoffkomponente einerseits und dem in die Kolben-Zylinder- r-Einheit eingeleiteten Druckmittel andererseits ist bei den geforderten Drücken zwischen,100 und 320 bar über einen längeren Zeitraum nicht gewährleistet. Zudem ergeben sich aufgrund der Reaktivität der einzelnen Kunststoffkomponenten harte Ablagerungen an den zu dichtenden Bauteilen, was zu raschem Verschleiß der Dichtelemente führt.The plastic components are metered, for example Polyol and isocyanate for the production of polyurethane, with the help of slow running Piston pumps that only perform one stroke with each dose. In practice it has However, it has been shown that with the use of such metering cylinders in high pressure technology the sealing elements between piston and cylinder become a critical component. The known seals are often sufficient under the difficult conditions of use does not meet the requirements. In particular, a sufficient sealing effect compared to the filler-containing plastic component on the one hand and the piston-cylinder purity The pressure medium introduced, on the other hand, is between .100 at the required pressures and 320 bar are not guaranteed over a longer period of time. In addition, result hard deposits due to the reactivity of the individual plastic components on the components to be sealed, which leads to rapid wear of the sealing elements.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteilen abzuhelfen und einen verbesserten Dosierzylinder in Vorschlag zu bringen, bei den auch während der Phase des Einspritzvorganges, d.h. während des dann vorherrschenden hohen Druckniveaus, eine Entlastung seiner Dichteleneunte erzielt wird.The invention is now based on the object of remedying these disadvantages and to propose an improved dosing cylinder, also during the phase of the injection process, i.e. during the then prevailing high pressure level, a relief of his density elunt is achieved.

Diese Aufgabe wird grundsätzlich dadurch gelöst, daß der Dosierzylinder einen Plunger-Kolben mit zwei im Abstand zueinander angeordneten Dichtungen aufweist und der Raum zwischen den Dichtungen mit einer Sperrflüssigkeit beaufschlagbar ist.This object is basically achieved in that the dosing cylinder has a plunger piston with two spaced apart seals and a barrier fluid can be applied to the space between the seals.

Es werden also durch die auf die Dichtelemente wirkende Sperrflüssigkeit die Anforderungen für die Abdichtung der Kunststoffkomponente verringert. Dabei gilt, daß das die Kunst stoffkomponente ab sperrende Dichtelement umso weniger beansprucht wird, je geringer die Druckdifferenz zwischen den abzudichtenden Räumen ist, d.h. die Sperrolüssigkeit steht im allgemeinen gegenüber dem atmosphärischen Umgebungsdruck unter einem höheren Druck und muS daher ebenfalls abgedichtet werden, Dies kann jedoch in einfacher Weise durch in der Hydraulik übliche Dichtungen bewirkt werden. Damit ist das Problem der Abdichtung bei großen Druckdifferenzen von der schwierig abzudichtenden Kunststoff-Komponente weg zur einfach und problemlos abzudichtenden Sperrflüssigkeit hin verlagert.So it is due to the barrier fluid acting on the sealing elements the requirements for sealing the plastic component are reduced. Included applies that the plastic component from blocking the sealing element is less stressed the lower the pressure difference between the spaces to be sealed, i.e. the barrier fluid is generally in relation to the ambient atmospheric pressure under a higher pressure and must therefore also be sealed. This can however, can be effected in a simple manner by seals which are customary in hydraulics. This makes the problem of sealing difficult in the case of large pressure differences plastic component to be sealed away to the easy and problem-free to seal Shifted barrier fluid towards.

Als Sperrflssigkeiten kommen insbesondere solche in Betracht, die gegenüber dem Werkstoff der Dichtelemente chemisch inert sind und gute Gleiteigenschaften besitzen, beispielsweise Phthalsäurediester auf Basis von Qlkoholen mit 1 bis 18 C-Atomen. Geeignet sind auch niedrigviskose Polyester- oder Polyetherole auf Basis von aliphatischen Dicarbonsäuren und Glykolen, wie Alkylenoxiden, z.B. Ethylen- und/oder Propylenoxid.Particularly suitable barrier liquids are those which are chemically inert to the material of the sealing elements and have good sliding properties have, for example phthalic diesters based on alcohols with 1 to 18 Carbon atoms. Low-viscosity based polyester or polyetherols are also suitable of aliphatic dicarboxylic acids and glycols, such as alkylene oxides, e.g. ethylene and / or propylene oxide.

Zweckmäßige Weiterbildungen der erfinduntsgemaBen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5.Expedient developments of the device according to the invention result from the subclaims 2 to 5.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing explained.

Bei der Polyurethanherstellung werden Zusatzstoffe, wie Faserstoffe, insbesondere Glasfasern, feine Granulate, z.B. Talkum und Bariumsulfat, oder Kreide vorzuswe'ise der Polyolkomponente zugegeben. Diese Komponente ist in dem Vorratsbehälter (1) gelagert. in Rührer ist angedeutet. Die Austrittsleitung (2) aus diesem Behälter führt zu einem Dosierzylinder (3), der die Komnonente Mit den Feststoffen in einen Mischkopf (6) und Cegebenenfalls über die Rückführleitung (7) wieder in den Vorratsbehälter (1) fördert. Zwischen Vorratsbehälter und Dosierzplinder ist ein Rückschlagventil (19) vorgesehen. Der Kolben des Dosierzylinders ist als Plunger-Kolben (h) ausgebildet und wird über einen oder mehrere Antriebszylinder (5) bewegt. Dosierzylinder und Antriebszylinder sind über ein Joch (8) miteinander verbunden und bilden eine Einheit. Der Antrieb dieser Kolben-Zylinder-Einheit erfolgt über eine kontinuierlich arbeitende Pumpe (9), die auf den oder die Antriebszylinder wirkt und lediglich anstelle der unmittelbaren Förderung der Komponente ein hydraulisches Drucknittel aus dem Behälter (10) fördert.In the production of polyurethane, additives such as fiber, in particular glass fibers, fine granules, e.g. talc and barium sulfate, or chalk preferably added to the polyol component. This component is in the storage container (1) stored. in stirrer is indicated. The outlet line (2) from this container leads to a dosing cylinder (3) that combines the component with the solids into one Mixing head (6) and, if necessary, back into the storage container via the return line (7) (1) promotes. There is a non-return valve between the storage container and the dosing connector (19) provided. The piston of the dosing cylinder is designed as a plunger piston (h) and is moved via one or more drive cylinders (5). Dosing cylinder and Drive cylinders are connected to one another via a yoke (8) and form a unit. This piston-cylinder unit is driven by a continuously operating one Pump (9) that acts on the drive cylinder or cylinders and only instead of the direct delivery of the component a hydraulic pressure medium from the container (10) promotes.

'Zur direkten Einwirkung auf die Komponente ist der Dosierzylinder zwischngeschaltet, um für den entsprechenden Druck zu sorgen, der während des Mischvorgangs der Komponenten etwa 100 bis etwa 320 bar betragen kann.'' The dosing cylinder is used for direct action on the component interposed in order to provide the appropriate pressure during the mixing process of the components can be from about 100 to about 320 bar.

Zum Zwecke der Abdichtung der füllstoffhaltigen Komponente im Dosierzylinder sind zwischen dem Plunger-Kolben (4) und der Zylinderwand zwei im Abstand zueinander angeordnete Dichtelemente (11) und (12) vorgesehen. Das Dichtelement (12) besteht dabei zweckmäßigerweise aus einer oder mehreren Dachmanschettendichtungen. Für eine Entlastung der Dachmanschettendichtungen wird der Raum (13) zwischen den Dichtungen mit einer Sperrflüssigkeit unter entsprechendem Druck beaufschlagt. Vorteilhaft i-st das Druckniveau der Sperrflüssigkeit im Raum (13) zwischen den Dichtungen (11) und (12) gleich oder größer als das Druckniveau der Kunststoffkomponente im Dosierzylinder (3). ouf diese Weise wird ein Eindringen von Polyol, insbesondere das Eindringen von abrasiven Feststoffpartikeln in die Dachrnanschettendichtung(en) verhlndert. Im halle eines höheren Druckniveaus der Sperrflüssigkeit wird die Dichtung (12) weitgehend mit Sperrflüssigkeit benetzt und in Folge der guten Gleiteigenschaften werden Reibungsverluste und danit vorzeitiger VerschleiS der Dichtungen vermieden. For the purpose of sealing the filler-containing component in the dosing cylinder there are two spaced apart between the plunger piston (4) and the cylinder wall arranged sealing elements (11) and (12) are provided. The sealing element (12) consists it is expedient to use one or more V-ring seals. For one The space (13) between the seals is relieved of the load on the V-ring seals acted upon with a barrier liquid under the appropriate pressure. Advantageous i-st the pressure level of the barrier liquid in the space (13) between the seals (11) and (12) equal to or greater than the pressure level of the plastic component in the metering cylinder (3). In this way, polyol penetration, especially penetration, is avoided of abrasive solid particles in the roof collar seal (s). In the case of a higher pressure level of the barrier fluid, the seal (12) largely wetted with barrier fluid and as a result of the good sliding properties Frictional losses and thus premature wear of the seals are avoided.

Die Förderung der Sperrflüssigkeit erfolgt durch eine Kolbenpumpe (14), die an den Kreislauf des hydraulischen Druckmittels bzw. an den Antriebszylinder (5) angeschlossen ist. Plit (15) ist die den Raum (13) mit Sperrfliissizkeit versorgende Leitung bezeichnet. Durch entsprechende Wahl der Verhältnisse und Dimensionierung des Kolbens bzw. der Kolbenstange der Kolbenpumpe (14) kann diese als Druckübersetzer ausgebildetwerden, um höhere Drücke als bei handelsüblichen kontinuierlich arbeitenden Pumpen zu erzeugen, die nicht über dem Bereich von 200 bar arbeiten. Damit ergibt sich, daß die Kunststoffkomponente und die Sperrflüssigkeit auch im zeitlichen Ablauf immer unter proportional gleicher Druckdifferenz stehen. Diese Druckdifferenz kann über ein Druckbegrenzungsventil (16), das zwischen der Kolbenpumpe (14) und dem Antriebszylinder (5) vorgesehen ist, verändert werden. Es wird also der zeitliche Druckverlauf der Kunststoffkomponente und der Sperrflüssigkeit hydraulisch/mechanisch gekoppelt, wobei in der Phase des Hochdruckes der Druck in der Sperrflüssigkeit auch niedriger eingestellt werden kann, als es dem übersetzungsverhältnis der Kolbenpumpe entspricht.The sealing liquid is conveyed by a piston pump (14), which are connected to the circuit of the hydraulic pressure medium or to the drive cylinder (5) is connected. Plit (15) is the one that supplies space (13) with blocking fluid Line designated. By choosing the right proportions and dimensions of the piston or the piston rod of the piston pump (14), this can act as a pressure intensifier designed to handle higher pressures than commercially available continuously operating pump to produce that do not work above the range of 200 bar. This means that the plastic component and the barrier liquid also in the over time are always under proportionally the same pressure difference. These The pressure difference can be controlled by a pressure relief valve (16) between the piston pump (14) and the drive cylinder (5) is provided, can be changed. So it will the hydraulic / mechanical pressure curve of the plastic component and the barrier fluid over time coupled, the pressure in the barrier liquid in the high pressure phase can also be set lower than the transmission ratio of the piston pump is equivalent to.

Die Kolbenpumpe (14) kann für den Fail einer Störung im Kreislauf der Sperrflüssigkeit durch einen Grenztaster (17) gesichert werden. Dieser Grenztaster wird dann betätigt, wenn die Kolbenstange beispielsweise wegen des Verlusts von Sperrflüssigkeit zu weit aus der Kolbenpumpe herausfährt.The piston pump (14) can be used in the event of a fault in the circuit the sealing liquid can be secured by a limit switch (17). This limit switch is actuated when the piston rod, for example because of the loss of The sealing liquid is moving too far out of the piston pump.

Der Strömungskreislauf der Isocxyanatkomnonente besteht - in Strömungsrichtung -'aus Vorratsbehälter (20), Pumpe (z.B. Radialkolbenpumpe) (21), Zulaufleitung (22), Mischkopf (6) mit Steuerkolben und Rücklaufleitung (23). Grundsätzlich ist es auch möglich, beide Komponenten so zu fördern, wie die aus dem Vorratsbehälter (1) austretende Polyolkomponente. In diesem Fall muß für beide Kunststoffkomponenten jeweils eine entsprechende Kolben-Zylinder--Einheit vorgesehen sein.The flow cycle of the isocyanate component exists - in the direction of flow -'from storage tank (20), pump (e.g. radial piston pump) (21), feed line (22), Mixing head (6) with control piston and return line (23). Basically it is too possible to convey both components in the same way as the one emerging from the storage container (1) Polyol component. In this case, one must be used for both plastic components corresponding piston-cylinder unit can be provided.

Zeichn.Sign.

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Claims (5)

Patentansprüche Vorrichtung zur Herstellung von Mehrkomponentenkunststoffen, insbesondere Polyurethan mit Feststoffen als Zuschlag zumindest einer der Komponenten oder mit mindestens einer hochviskosen Xomponente unter Verwendung einer aus einem Dosierzylinder und einem Antriebszylinder bestehenden Kolben- Zylinder-Einheit, wobei die zu fördernde Komponentenmenge mit einem einzigen Hub ausgedrückt wird, die Anderung der Komponentenmenge pro Zeit der Kolben-Zylinder-Einheit durch Anderung der Fördermenge eines Druckmittels bewirkt wird, mit dem der Antriebszylinder beaufschlagbar ist, und der Dosierzylinder mit einem Behälter für die Kunststoffkomponente sowie mit einem Mischkopf in Verbindung steht, dadurch gekennzeic>-net, daß der Dosierzylinder (3) einen Plunger-Kolben (4) mit zwei im Abstand zueinander angeordneten Dichtungen (11) und (12) aulAfeist und der Faum (13) zwischen den Dichtungen mit einer Sperrflüssigkelt beaufschlagbar ist.Claims device for the production of multi-component plastics, in particular polyurethane with solids as an addition to at least one of the components or with at least one highly viscous component using one of one Dosing cylinder and a drive cylinder consisting of a piston-cylinder unit, where the amount of components to be conveyed is expressed with a single stroke, the change in the amount of components per time of the piston-cylinder unit through change the delivery rate of a pressure medium is effected, with which the drive cylinder can be acted upon is, and the dosing cylinder with a container for the plastic component as well is in connection with a mixing head, characterized in that the dosing cylinder (3) a plunger piston (4) with two spaced apart seals (11) and (12) aulAfeist and the Faum (13) between the seals with a barrier liquid can be acted upon. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch zekennzeichnet, daß die Dichtung (12) eine Dachmanschettenaichtung ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the seal (12) is a chevron seal. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckniveau der Sperrfllssigkeit im Raum (13) zwischen den Dichtungen (11) und (12) gleich oder größer ist als das Druckniveau der Kunststoffkomponente im Dosierzylinder (3).3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the pressure level of the barrier liquid in the space (13) between the seals (11) and (12) is equal to or greater than the pressure level of the plastic component in the Dosing cylinder (3). 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderung der Sperrflüssigkeit durch eine Kolbenpumpe (14) erfolgt, die an den Antriebszylinder (5) angeschlossen ist.4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that that the pumping of the barrier liquid is carried out by a piston pump (14), the is connected to the drive cylinder (5). 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kolbenpumpe (14) und dem Antriebszylinder (5) ein Druckbegrenzungsventil (16) vorgesehen ist.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that between the piston pump (14) and the drive cylinder (5) a pressure relief valve (16) is provided.
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