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Dokumentenidentifikation DE102005023233A1 23.11.2006
Titel Sprühkopf
Anmelder Krauss-Maffei Kunststofftechnik GmbH, 80997 München, DE
Erfinder Scheidt, Ernst, 85221 Dachau, DE
DE-Anmeldedatum 20.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005023233
Offenlegungstag 23.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.11.2006
IPC-Hauptklasse B05B 7/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B05B 7/12(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Sprühkopf zum Ausbringen eines zumindest aus zwei reaktiven Komponenten bestehenden Materials, umfassend eine Materialzufuhreinrichtung (14) für eine erste Komponente, eine Materialzufuhreinrichtung (18) für eine zweite Komponente, eine Mischkammer (44) zum Vermischen der beiden Komponenten, einen hin- und herbewegbaren Kolben (32) und einen Austragskanal (27) zum Austragen der miteinander vermischten Komponenten.
Erfindungsgemäß ist die Mischkammer (27) im Wesentlichen im hin- und herbewegbaren Kolben (32) vorgesehen, wobei der Kolben (32) und die Materialzufuhreinrichtungen (14, 18) derart ausgestaltet sind, dass in zumindest einer Position des Kolbens (32) eine Zufuhr der Komponenten in die Mischkammer (44) möglich ist und die Mischkammer (44) strömungsmäßig mit dem Austragskanal (27) verbunden oder verbindbar ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sprühkopf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Sprühköpfe zum Aufbringen von reaktivem Material auf eine Oberfläche sind allgemein bekannt. Solche Sprühköpfe werden beispielsweise, verwendet, um ein Polyurethan-Material aus den Komponenten Polyol und Isocyanat zunächst zu vermischen und dann auf eine Oberfläche (z.B. die Oberfläche eines Formwerkzeugs) aufzubringen. Nach dem Ausreagieren der beiden reaktiven Komponenten bildet sich auf der Oberfläche eine dünne Kunststoffhaut, die abgezogen werden kann. Solche Kunststoffhäute können anschließend hinterschäumt oder hinterspritzt werden, so dass sich ein Produkt mit einer Oberflächenhaut aus einem haptisch angenehmen Polyurethan-Material schaffen lässt.

Bekannt sind dabei Sprühköpfe, in denen die zwei reaktiven Komponenten in einer Mischkammer miteinander vermischt und die Mischung über einen Austragskanal und eine Sprühdüse ausgebracht werden.

Problematisch ist jedoch immer der oft voluminöse Aufbau einer solchen Vorrichtung. Überdies ergeben sich teilweise Probleme bei der Reinigung nach jedem Sprühvorgang.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen an sich bekannten Sprühkopf weiterzuentwickeln und zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Insbesondere wird die Mischkammer gemäß der vorliegenden Erfindung im wesentlichen im hin und her bewegbaren Kolben angeordnet. Der Kolben ist dabei derart konstruktiv ausgestaltet, dass im Zusammenspiel mit den Materialzufuhreinrichtungen in zumindest einer Position (nachfolgend auch „erste Position" genannt) des Kolbens eine Zufuhr der Komponenten von den Materialzufuhreinrichtungen zur Mischkammer gestattet und diese Mischung dann auch in einem Austragskanal ausgebracht werden kann.

Der Austragskanal kann beispielsweise in einer dünnen und stachelartigen Sprühlanze angeordnet sein, mit der auch noch ansonsten unzugängliche Stellen erreicht werden können. Ausgangsseitig des Austragskanals und insbesondere am ausgangsseitigen Ende der Sprühlanze ist eine Sprühdüse angeordnet, mittels der das vermischte Material in Form eines bestimmten Sprühstrahls und mit einer gewünschten Sprühverteilung auf einer Oberfläche aufgebracht werden kann.

Um eine gewünschte und gleichbleibende Produkt-Qualität zu gewährleisten, ist es oftmals notwendig, die noch nicht miteinander vermischten Ausgangmaterialien dann zirkulieren zu lassen, wenn gerade kein Sprühvorgang durchgeführt wird. Dazu ist vorzugsweise ein Rückflusskanal vorgesehen, über den zumindest zeitweilig eine Rezirkulation durchgeführt wird.

In der Materialzufuhreinrichtung kann dann ein Ventil angeordnet sein, welches zum Steuern des Materialflusses dient. Insbesondere kann der Strömungsweg zur Mischkammer dann freigegeben werden, wenn der Rückfluss im Rückflusskanal gerade unterbunden ist.

Als besonders einfache Variante hat sich die Ausgestaltung des Ventils in Form eines Rückschlagventils herausgestellt. Ein solches Rückschlagventil öffnet sich dann, wenn der Rückfluss über den Rückflusskanal unterbunden wird, und sich infolge dessen eine Druckerhöhung in der Materialzufuhr einstellt. Sobald das Rückschlagventil ab einem bestimmten Druck geöffnet ist, kann die jeweilige reaktive Materialkomponente dann zur Mischkammer geführt werden. Wird der Rückflusskanal wieder freigeschaltet, so dass die Materialkomponente zurückfließen kann, fällt der Druck entsprechend ab, das Rückschlagventil schließt und eine weitere Förderung zur Mischkammer ist unterbunden. Natürlich lassen sich auch andere Möglichkeiten für die Realisierung eines solchen Ventils angeben.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Luftversorgungseinrichtung vorgesehen, mit der die Mischkammer in zumindest einer zweiten Position des Kolbens in Verbindung bringbar ist. Auf diese Art und Weise lässt sich die Mischkammer, wie auch der Austragskanal, aber auch alle anderen im Kolben angeordneten Kanäle durch Ausblasen oder Spülen reinigen, so dass keine Aushärtung bzw. Verstopfung in diesem Bereich erfolgen kann, was zu einer Zusetzung des Sprühkopfes führen würde.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

1: eine schematische Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sprühkopfs in Draufsicht,

2: eine schematische Ausführungsform des Sprühkopfs aus 1 in Seitenansicht;

3: eine schematische Darstellung des in 1 gezeigten Sprühkopfes in einer Schnittdarstellung gemäß Linie A-A aus 2 und

4: eine vergrößerte Teilschnittdarstellung des Ausschnitts B aus 3.

Der erfindungsgemäße Sprühkopf ist vorliegend ohne Ankopplung an ein Gesamtsystem dargestellt. Der Einbau eines solchen Sprühkopfes in ein solches Gesamtsystem ist aus dem Stand der Technik jedoch hinreichend bekannt und muss nicht gesondert erläutert werden.

In der Draufsicht der 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sprühkopfs 10 dargestellt, wobei an einen eigentlichen und zentralen Mischkörper 12 eine Reihe von angeschlossenen Zu- und Abflüssen für die reaktiven Ausgangsmaterialien und andere Medien dargestellt sind, die nachfolgend im einzelnen erläutert werden.

So wird eine erste Materialkomponente für die Ausbildung eines reaktiven Materialgemisches über eine Zuführleitung 14 dem Mischkörper 12 zugeführt. Die erste Materialkomponente kann bei nicht durchgeführtem Sprühvorgang über die Rückführleitung 18 wieder zu einem nicht dargestellten Behältnis zurückgeführt werden. Die beiden Leitungen 14 und 18 können dabei an einem Hochdrucksystem angekoppelt sein, bei dem aus einem Behältnis über eine Pumpe das Material mit einem entsprechenden Druck zur Verfügung gestellt wird bzw. wieder zu diesem Behältnis zurückgefördert wird.

In analoger Weise ist eine Zufuhrleitung 16 für die zweite Materialkomponente eines später auszubildenden reaktiven Materialgemischs vorgesehen, die ebenfalls in den Mischkörper 12 mündet. Vom Mischkörper 12 zurück führt die Rückführleitung 20, mit der die zweite Materialkomponente für den Fall, dass nicht gesprüht wird und damit nichts aus dem Sprühkopf ausgetragen wird, zurückgeführt wird.

Die Leitung 22 bezeichnet eine Luft- und/oder Spülmittelzufuhrleitung, die ebenfalls an dem Mischkörper 12 angeschlossen ist und, wie später noch zu erklären sein wird, Spülluft dem Mischkörper 12 zuführt.

Am Mischkörper 12 ist ferner ein hydraulischer Kolbenantrieb 21 vorgesehen, dessen Gehäuse an dem Gehäuse des Mischkörpers 12 befestigt ist und der einen Hydraulikkolben 30 umfasst, dessen Funktion später noch erläutert wird. Der hydraulische Kolbenantrieb 21 ist mit zwei Hydraulikleitungen 24, 24', nämlich einer Hydraulikzufuhr- und einer Hydraulikrückfuhrleitung, verbunden.

Im unteren Bereich der 1 und 2 ist eine Sprühlanze 26 am Mischkörper 12 angeordnet, welche in einer Sprühdüse 28 endet. Über die Sprühdüse 28 kann das reaktive Materialgemisch ausgetragen und auf eine nicht weiter dargestellte Oberfläche aufgebracht werden.

Im Mischkörper 12 sind zwei Ventilvorrichtungen 34 und 35 angeordnet, in die jeweils eine der beiden Materialzufuhrleitungen 14 und 16 mündet. Die beiden Ventilvorrichtungen 34 und 35 sind jeweils nach Art eines Rückschlagventils ausgebildet. In jedem Rückschlagventil 34 und 35 ist eine Ventilnadel 36 und 37 vorgesehen, die mittels Ventilfedern 38 und 39 gegen einen Ventilsitz vorgespannt sind. Durch die federbelasteten Ventilnadeln 36 und 37 wird die Materialzufuhr von den beiden Zufuhrleitungen 14 bzw. 18 zu einer Mischkammer 44 abgesperrt. Es besteht jedoch eine Verbindung zwischen der Zufuhrleitung 14 und der Rückführleitung 18 bzw. zwischen der Zufuhrleitung 16 und der Rückführleitung 20, so dass in diesem Fall eine Rezirkulation der beiden noch nicht miteinander vermischten Ausgangsmaterialien erreicht ist.

Allerdings ist der Rückfluss versperrbar ausgebildet. Dies kann durch entsprechende – vorliegend nicht dargestellte – Ventile realisiert sein. Wird der Materialrückfluss versperrt, so erhöht sich der Druck in der Materialzufuhr. Erreicht der Druck eine bestimmte Höhe über der Federvorspannung so werden die Ventilnadeln 36 und 37 gegen den Widerstand der entsprechenden Federn 38 und 39 zurückgedrängt. In diesem Zustand kann die jeweilige Materialkomponente über einen Ventilhohlraum und einen im Mischkörpergehäuse angeordneten Kanal zu einer ersten bzw. einer zweiten Düse 40 oder 41 gelangen. Von dieser Düse 40 und 41 führen weitere Bohrungen zu einer zentralen Bohrung 50, in der ein hin- und her bewegbarer Reinigungs- und Steuerkolben 32 aufgenommen ist.

Der innere Aufbau des Mischkörpers 12 ist in 3 und insbesondere in 4 gut zu erkennen. Wie gerade erwähnt weist der Mischkörper 12 eine sich zentral erstreckenden Bohrung auf, in dem der Reinigungs- und Steuerkolben 32 hin und her bewegbar aufgenommen ist. Der Reinigungs- und Steuerkolben 32 weist am oberen Ende einen Hydraulikkolben 30 auf, der in einem Hydraulikzylinder des hydraulischen Kolbenantriebs 21 bei entsprechender Beaufschlagung hin und her bewegt wird. Zur Betätigung des Kolbens 32 wird über die Hydraulikleitungen 24 und 24' Hydrauliköl jeweils auf eine der beiden Seiten des Hydraulikkolbens 30 geleitet und dieser entsprechend beaufschlagt.

Der Hydraulikkolben 32 weist im in den 3 und 4 unteren Bereich eine koaxial angeordnete sich nach unten öffnende und sich im unteren Bereich aufweitende Bohrung auf, welche die Funktion einer Mischkammer 44 besitzt. Im oberen Bereich der Mischkammerbohrung 44 sind zwei diametral gegenüberliegende kleine Bohrungen 46 und 48 vorgesehen, die jeweils eine Strömungsverbindung zwischen der Mischkammer und der Außenseite des Reinigungs- und Steuerkolbens 32 vorsehen.

Am unteren Ende des Mischkörpers 12 schließt eine Sprühlanze 26 an, in der ein Austragskanal 27 vorgesehen ist. Die Sprühlanze 26 ist dabei derart an den Mischkörper 12 angesetzt, dass der Austragskanal 27 die Strömungsfortsetzung der Bohrung 50 bildet. Der Austragskanal 27 mündet austragsseitig der Sprühlanze 26 in einer Sprühdüse 28, die so ausgebildet ist, dass ein Sprühstrahl in einer gewünschten Weise erzeugt werden kann.

Wie in 4, welche den Ausschnitt B aus 3 vergrößert darstellt, genauer zu erkennen ist, kann der Reinigungs- und Steuerkolben 32 in der Bohrung 50 in einem bestimmten Bereich hin und her (auf und ab) bewegt werden. In einer Position, wie sie in 4 zu erkennen ist, sind dabei die beiden Bohrungen 46 und 48 fluchtend mit den zugeordneten Bohrungen in dem Mischkörper 12 ausgebildet, so dass in diesem Zustand die beiden Materialkomponenten über die Ventile 34 und 35 und die Düsen 40 und 41 sowie die Kanäle 46 und 48 in den Mischraum 44 des Reinigungs- und Steuerkolbens 32 eingebracht werden können.

Wird der Reinigungs- und Steuerkolben 32 durch eine entsprechende Beaufschlagung des Hydraulikkolben 30 nach unten bewegt, so verschieben sich die Bohrungen 46 und 48 ebenfalls nach unten, mit der Folge, dass die Ausgänge der beiden Düsen 40 und 41 vom Reinigungs- und Steuerkolben 32 versperrt werden. Ist der Reinigungs- und Steuerkolben weit genug nach unten verschoben, so kommen die Bohrungen 46 und 48 in Fluidverbindung mit einer Luftversorgungskammer 52, die mit der Luftzufuhrleitung 22 unmittelbar in Verbindung steht. Über diese Luftzufuhrleitung 22 sowie die Luftversorgungskammer 52 können von einer Luftversorgung zur Verfügung gestellte Spüllluft durch die Kanäle 46 und 48, die Mischkammer 44, die Bohrung 50 und den Austragskanal 27 geleitet und diese Hohlräume vom reaktiven Materialgemisch befreit werden.

Die Funktionsweise des vorliegenden Sprühkopfs wird nachfolgend erläutert. Ist ein in einer jeweiligen Rückführkanälen 18, 20 angeordnetes Ventil (nicht dargestellt) wie oben bereits beschrieben auf Durchlass geschaltet, so fließen die beiden Materialkomponenten jeweils von ihrer Zuführleitung 14 und 16 ohne großen, weiteren Druckaufbau über die entsprechenden Rückführleitungen 18 und 20 in einer Rezirkulation zurück.

Werden jedoch die Ventile in den beiden Rückführkanälen 18 und 20 geschlossen, so steigt der Druck an und wirkt gegen die aufgrund der Federvorspannung der Federn 38 und 39 gegen den Ventilsitz gedrückten Ventilnadeln 36 und 37. Ist ein bestimmter Druck erreicht, so heben sich die Ventilnadeln 36 und 37 vom Ventilsitz ab und ermöglichen einen Durchfluss der Materialkomponenten durch den Ventilraum zu den jeweiligen Düsen 40 und 41.

Befindet sich der Reinigungs- und Steuerkolben 32 nun in der zurückgezogenen Position, wie dies in 4 dargestellt ist, so können die beiden Materialkomponenten 1 und 2 über die Bohrungen 46 und 48 der Mischkammer 44 zugeführt werden, wo sie im Gegenstrahlverfahren aufeinander treffen und sich innig miteinander mischen. Die so vermischten Komponenten fließen in der Mischkammer 44 nach unten, durchfließen den freien Teil der Bohrung 50 und treten in den Austragskanal 27 ein. Nach dem Durchfließen des Austragskanals 27 wird das miteinander vermischte reaktive Material über die Sprühdüse 28 ausgebracht.

Sobald das Ventil in den beiden Rückführkanälen 18 und 20 wieder geöffnet wird, fällt der Druck in den beiden Zufuhrleitungen 14 und 16 wieder ab und die beiden Rückschlagventile 34 und 35 schließen, wodurch der Sprühvorgang beendet wird.

Vorgreifend der Beendigung der Materialzufuhr oder gleichzeitig oder auch danach kann der Reinigungs- und Steuerkolben 32 mittels einer entsprechenden Beaufschlagung des Hydraulikzylinders 30 nach unten verfahren werden, so dass die Strömungsverbindung zwischen den beiden Düsen 40 und 41 und den Kanälen 46 und 48 im Reinigungs- und Steuerkolben 32 unterbrochen wird.

Gleichzeitig wird das in der Kolbenbohrung 50 vorhandene Material nach unten ausgedrückt. Ist nun der Reinigungs- und Steuerkolben 32 so weit nach unten verfahren, dass die beiden Bohrungen 46 und 48 in Strömungsverbindung mit der Spülluftzufuhr 52 gelangen, so wird die durch die Luftzufuhrleitung 22 zugeführte Spülluft über die Bohrungen 46 und 48 und die Mischkammer 44 durch den Austragskanal 27 geführt, wobei sämtliche Kanäle und Kammern von der reaktiven Materialmischung gereinigt werden.

Zum nächsten Sprühvorgang kann der Reinigungs- und Steuerkolben dann wieder zurückgezogen und das Ventil in den beiden Rückführkanälen 18 und 20 wieder geschlossen werden. Dann erfolgt wieder ein Druckaufbau, wodurch sich wiederum die Rückschlagventile 34 und 35 wieder öffnen und – bei entsprechend angeordnetem Kolben 32 – wieder ein Sprühvorgang durchgeführt wird.

Mit der vorliegenden Erfindung lässt sich auf die vorbeschriebene Art und Weise ein kompakter und leicht zu reinigender Sprühkopf herstellen.


Anspruch[de]
Sprühkopf zum Ausbringen eines zumindest aus zwei reaktiven Komponenten bestehenden Materials umfassend

– eine Materialzufuhreinrichtung (14) für eine erste Komponente,

– eine Materialzufuhreinrichtung (18) für eine zweite Komponente,

– eine mit den Materialzufuhreinrichtungen (14, 18) in Strömungsverbindung bringbare Mischkammer (44) zum Vermischen der beiden Komponenten,

– einen hin und her bewegbaren Kolben (32) und

– einen Austragskanal (27) zum Austragen der miteinander vermischten Komponenten, der mit der Mischkammer verbunden oder verbindbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

– dass die Mischkammer (27) im wesentlichen im hin- und her bewegbaren Kolben (32) vorgesehen ist, und

– dass der Kolben (32) und die Materialzufuhreinrichtungen (14, 18) derart ausgestaltet sind, dass in zumindest einer ersten Position des Kolbens (32) eine Zufuhr der Komponenten in die Mischkammer (44) möglich ist.
Sprühkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Austragskanal (27) in einer Sprühlanze (26) angeordnet ist. Sprühkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am austragsseitigen Ende des Austragskanals (27) eine Sprühdüse (28) angeordnet ist. Sprühkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialzufuhr (14, 18) jeweils mit einem Rückflusskanal (16, 20) zur zumindest zeitweiligen Ausbildung einer Rezirkulation verbunden oder verbindbar ist. Sprühkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Materialzufuhr (14, 18) jeweils ein Ventil (34, 35) angeordnet ist. Sprühkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (34, 35) derart ausgebildet ist, dass der Strömungsweg zur Mischkammer (44) dann freigegeben oder freigebbar ist, wenn der Rückfluss (16, 20) unterbunden ist. Sprühkopf nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil als Rückschlagventil (34, 35), insbesondere mit einstellbarer Vorspannung, ausgebildet ist. Sprühkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luft- und/oder Flüssigkeitsversorgungseinrichtung (52) vorgesehen ist und die Mischkammer (44) im Kolben (32) zumindest in einer zweiten Position mit der Luftversorgungseinrichtung in Verbindung bringbar ist.






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