DE10020157A1

DE10020157A1 - Injection system for production of solid or foamed components from fluid reactive materials has an injection nozzle with bellows moving freely inside a housing in response to hydraulic pressure on a piston

Info

Publication number: DE10020157A1
Application number: DE10020157A
Authority: DE
Inventors: Helmut Duschanek; Ferdinand Althausen
Original assignee: Hennecke GmbH
Current assignee: Hennecke GmbH
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2001-11-08

Abstract

The injection nozzle comprises a housing(32) with component outlet(49) and rear closure plate(36). A controlled needle(33) has a nozzle piston(35) whose rear side is fed with hydraulic fluid. A folding metal bellows(42) is located between the side of the piston fed with reactive components and the housing and is connected and sealed to both piston and housing. A small gap remains between the bellows and the inner housing wall(47) to prevent friction and the piston is a loose fit in the housing for the same reason.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Massivstoff oder Schaumstoff bildenden Reaktionsgemisches aus mindestens zwei fließfähigen Reaktionskomponenten und gegebenenfalls Zusatzkomponenten, bestehend aus Komponenten-Vorratsbehältern, von denen jeweils Zuleitungen über darin angeord nete Förder- und/oder Dosierpumpen und Einspritzdüsen zu einem Mischkopf führen, wobei die Einspritzdüsen jeweils mit einer Hydraulik verbunden sind und aus einem Düsengehäuse mit einer Düsenöffnung und einer rückwärtigen Abschluss platte bestehen, wobei in diesem Düsengehäuse eine mittels eines Steuergerätes steuerbare Düsennadel mit rückseitig hydraulisch beaufschlagbarem Düsenkolben angeordnet ist, und wobei der Öffnungsquerschnitt dieser Einspritzdüse durch Beaufschlagung dieses Düsenkolbens einstellbar und damit der Komponentendruck steuerbar ist (DE 32 00 802 A1).The invention relates to a device for producing a solid or Foam-forming reaction mixture of at least two flowable Reaction components and optionally additional components, consisting of Component storage containers, each of which has supply lines arranged therein Nete feed and / or metering pumps and injection nozzles to a mixing head lead, the injection nozzles are each connected to a hydraulic system and off a nozzle housing with a nozzle opening and a rear end plate exist, one in this nozzle housing by means of a control unit controllable nozzle needle with hydraulic piston on the back is arranged, and wherein the opening cross section of this injector Actuation of this nozzle piston adjustable and thus the component pressure is controllable (DE 32 00 802 A1).

Bei Vorrichtungen dieser Art besteht zwischen Düsenkolben und Düsengehäuse eine dynamische Dichtung, um eine strikte Trennung zwischen Hydraulikmedium und Komponente sicherzustellen. Dadurch wird bei Veränderung des Düsenquerschnittes bzw. des Komponentendruckes durch die hydraulische Steuerung infolge der Ver schiebung des Düsenkolbens und der dabei auftretenden Reibung eine verzögernde, unerwünschte Hysterese aufgebaut.In devices of this type there is a between the piston and the nozzle housing dynamic seal to ensure a strict separation between hydraulic medium and Ensure component. This will change the nozzle cross-section or the component pressure by the hydraulic control as a result of the Ver displacement of the nozzle piston and the resulting friction a delaying, undesirable hysteresis built up.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese hystereseartige Verzögerung zu elimineren.It is an object of the present invention to overcome this hysteresis-like delay eliminate.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zwischen der durch die Komponente beauf schlagten Seite des Düsenkolbens und dem Düsengehäuse ein sich in Düsenrichtung erstreckender, eigensteifer metallischer Faltenbalg angeordnet ist, welcher sowohl mit dem Düsenkolben als auch mit dem Düsengehäuse abdichtend verbunden ist, von der Düsenwandung Abstand aufweist, und dass zwischen der Innenwandung des Düsengehäuses und dem Düsenkolben nur eine lose Passung besteht.This object is achieved in that between the component struck side of the nozzle piston and the nozzle housing in the nozzle direction extending, inherently rigid metallic bellows is arranged, which both is sealingly connected to the nozzle piston and to the nozzle housing the nozzle wall has a distance, and that between the inner wall of the Nozzle housing and the nozzle piston only a loose fit.

Unter "Eigensteifigkeit" des Faltenbalges ist zu verstehen, dass er in Richtung seiner Mitttelachse infolge seiner Falten durchaus zusammendrückbar ist. Aber andererseits ist er so steif, dass er nicht seitlich ausknicken kann oder bei senkrechter Belastung gar an der Innenwandung des Gehäuses schleift. Durch die Abdichtungen des Faltenbalges zu der Abschlussplatte und zum Düsenkolben wird sichergestellt, dass die beiden Flüssigkeiten nicht miteinander in Berührung kommen können, wie es bei einer dynamischen Dichtung zwischen Düsenkolben und Innenwandung des Düsen gehäuses zwar unerwünscht, aber durch Undichtigkeit durchaus möglich war. Außer dem wird mit der Erfindung die vorher notwendige, möglichst absolute Abdichtung eliminiert, welche durch die zwischen Düsenkolben und Innenwandung erzeugte starke Reibung verursacht wurde. Die Passung zwischen Düsenkolben und Innenwandung des Düsengehäuses muss gemäß der Erfindung so groß sein, dass an dieser Stelle praktisch keine Reibung mehr entsteht und dass die Hydraulikflüssigkeit im wesentlichen widerstandsfrei durch den Spalt zwischen Düsenkolben und Innen wandung strömen kann, zumal es sich bei Veränderung des Öffnungsquerschnittes der Einspritzdüse nur um winzige bewegte Mengen an Hydraulikflüssigkeit handelt, welche eine Auslenkung des Faltenbalges von nur Bruchteilen von Millimetern verursacht. Die eigentliche Führung der Düsennadel erfolgt an ihrem Schaft und ist so lang, dass ein Verkanten ausgeschlossen ist. Auf diese Weise ist es möglich, auch mit kleinsten Veränderungen des Öffnungsquerschnittes der Einspritzdüse den Kom ponentendruck bei Bedarf sofort, d. h. hysteresefrei, zu ändern.The "inherent stiffness" of the bellows means that it is in the direction of its Center axis is quite compressible due to its folds. On the other hand it is so stiff that it cannot buckle to the side or under vertical load even grinds on the inside wall of the housing. Through the seals of the Bellows to the end plate and to the nozzle piston ensure that the two liquids cannot come into contact with each other, as is the case with a dynamic seal between the nozzle piston and the inner wall of the nozzle housing undesirable, but was possible due to leakage. Except with the invention, the previously necessary, absolute sealing is possible eliminated, which is generated by the between the nozzle piston and the inner wall strong friction was caused. The fit between the nozzle piston and According to the invention, the inner wall of the nozzle housing must be so large that this point there is practically no more friction and that the hydraulic fluid essentially resistance-free due to the gap between the nozzle piston and the inside wall can flow, especially since it changes when the opening cross-section the injector is only a tiny amount of hydraulic fluid, which deflects the bellows by only a fraction of a millimeter caused. The actual guidance of the nozzle needle takes place on its shaft and is so long that tilting is impossible. That way it is possible, too with the smallest changes in the opening cross-section of the injector, the com component printing immediately if required, d. H. hysteresis free to change.

Als Faltenbalg eignet sich ein solcher wie er im "Taschenbuch 441", Ausgabe 1985, der Metallschlauch-Fabrik Witzenmann GmbH, D-75175 Pforzheim, beschrieben ist. Er sollte vorzugsweise aus Edelstahl bestehen. Die Eigensteifigkeit des Faltenbalges sollte mindestens so groß sein, dass er beispielweise bei innerer Druckbeaufschla gung durch die Komponente und äußerlich umgebender, druckloser Hydraulikflüssigkeit nicht nach außen ausbeult oder gar an der Innenwandung des Düsen gehäuses bei Bewegung scheuert und dadurch unerwünschte Hysterese verursacht.A bellows such as that described in "Taschenbuch 441 ", 1985 edition, by Metallschlauch-Fabrik Witzenmann GmbH, D-75175 Pforzheim, is suitable. It should preferably be made of stainless steel. The inherent rigidity of the bellows should be at least so great that it does not bulge, for example when the component is pressurized internally and the surrounding, unpressurized hydraulic fluid, or it even rubs against the inner wall of the nozzle housing during movement, thereby causing undesirable hysteresis.

Vorzugsweise ist zwischen dem Düsengehäuse und dem Düsenkolben zusätzlich eine mechanische Feder angeordnet.There is preferably an additional one between the nozzle housing and the nozzle piston mechanical spring arranged.

Mit dieser an sich bekannten Ausgestaltung wird eine Vorspannung auf die Düsennadel ausgeübt, wodurch die Öffnungs- und Schließkräfte mechanisch unter stützt werden.With this configuration known per se, a preload on the Nozzle needle exerted, which mechanically reduces the opening and closing forces be supported.

In der Zeichnung ist die neue Vorrichtung beispielsweise und rein schematisch dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigen:In the drawing, the new device is, for example, and purely schematic shown and explained in more detail below. Show it:

Fig. 1 die Vorrichtung im Schema, Fig. 1 shows the device in the schema

Fig. 2 eine erste Ausführungsform der Einspritzdüse im vergrößerten Schnitt und Fig. 2 shows a first embodiment of the injection nozzle in an enlarged section and

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Einspritzdüse im vergrößerten Schnitt. Fig. 3 shows a second embodiment of the injection nozzle in an enlarged section.

In Fig. 1 besteht die für beide Komponenten im Prinzip gleichartig aufgebaute Vorrichtung aus einem Mischkopf 1 mit Ausstoßkolben 2. Dabei wurde die Steuerhydraulik dieses Ausstoßkolbens 2 der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt, zumal sie allgemeiner Stand der Technik ist. Der Ausstoßkolben 2 ist in einem Gehäuse 3 geführt, welches eine durch den Ausstoßkolben 2 ausfüllbare Mischkammer 4 aufweist. In diese Mischkammer 4 sind gleichartig aufgebaute Einspritzdüsen 5 (Fig. 2, 3) gerichtet. Sie sind mit einer Hydraulik 6 verbunden. Diese besteht aus einem Hydraulikflüssigkeitsbehälter 7, von welchem eine Hydraulikleitung 8 über eine Hydraulikpumpe 9 abführt. Hinter der Hydraulikpumpe 9 verzweigt sich die Leitung 8 in die Hydraulikvorlaufleitungen 10, welche zu den Einspritzdüsen 5 führen. Von diesen zweigen Hydraulikrücklaufleitungen 11 ab und führen in den Hydraulikflüssigkeitsbehälter 7 zurück. In diesen Hydraulikrück laufleitungen 11 sind Durchflussblenden 12 angeordnet, welche über Impulsleitungen 13 mit einem Regelgerät 14 verbunden sind. Von Komponenten-Vorratsbehältern 15 führen Komponenten-Leitungen 16 über Dosierpumpen 17 zu den Einspritzdüsen 5. Über diese Einspritzdüsen 5 werden die Komponenten entweder über die Nuten 20 des Ausstoßkolbens 2 und über die Rücklaufleitungen 21 zu den Vorratsbehältern 15 zurückgefördert oder, wie in Fig. 1 dargestellt, in die Mischkammer 4 injiziert. Diesen Komponenten-Leitungen 16 sind Manometer bzw. Druckindikatoren 18 zugeordnet, welche über Impulsleitungen 19 ebenfalls mit dem Regelgerät 14 verbunden sind. Mittels der Druckindikatoren 18, dem Regelgerät 14 und den verstellbaren Durchflussblenden 12 kann der Hydraulikdruck auf den Düsenkolben 35 und damit der Düsendruck geregelt werden.In Fig. 1, the device, which in principle is constructed identically for both components, consists of a mixing head 1 with ejection piston 2 . The control hydraulics of this ejection piston 2 have not been shown for the sake of clarity, especially since they are the general state of the art. The ejection piston 2 is guided in a housing 3 which has a mixing chamber 4 which can be filled by the ejection piston 2 . Injection nozzles 5 of the same design ( FIGS. 2, 3) are directed into this mixing chamber 4 . They are connected to a hydraulic system 6 . This consists of a hydraulic fluid container 7 , from which a hydraulic line 8 discharges via a hydraulic pump 9 . After the hydraulic pump 9 , the line 8 branches into the hydraulic feed lines 10 , which lead to the injection nozzles 5 . From these branches hydraulic return lines 11 and lead back into the hydraulic fluid tank 7 . In this hydraulic return lines 11 flow orifices 12 are arranged, which are connected via pulse lines 13 to a control device 14 . Component lines 16 lead from component storage containers 15 via metering pumps 17 to the injection nozzles 5 . Via these injection nozzles 5 , the components are either conveyed back to the storage containers 15 via the grooves 20 of the discharge piston 2 and via the return lines 21 or, as shown in FIG. 1, injected into the mixing chamber 4 . These component lines 16 are assigned pressure gauges or pressure indicators 18 , which are also connected to the control device 14 via pulse lines 19 . The hydraulic pressure on the nozzle piston 35 and thus the nozzle pressure can be regulated by means of the pressure indicators 18 , the control device 14 and the adjustable flow orifices 12 .

In Fig. 2 besteht die Einspritzdüse 31 aus einem Düsengehäuse 32 mit einer Düsennadel 33. Diese besteht aus einem Düsenschaft 34 mit Düsenkolben 35. Das Düsengehäuse 32 ist rückseitig mit einer dazugehörigen Abschlussplatte 36 versehen, durch welche eine Hydraulikleitung 37 in den zwischen Abschlussplatte 36 und Düsenkolben 35 gebildeten Hydraulikraum 38 führt. Aus montagetechnischen Gründen ist dem Düsenkolben 35 eine Montageeinheit 39 zugeordnet, welche aus zwei Kolbenplatten 40, 41 besteht, zwischen denen ein damit dicht verbundener, eigensteifer Faltenbalg 42 aus VA-Stahl angeordnet ist. Dabei stützt sich die Kolbenplatte 41 auf einem Ringvorsprung 43 ab. Sie weist Durchlässe 44 auf, welche so angeordnet sind, dass diese Kolbenplatte 41 von der Reaktionskomponente nicht in Richtung des Düsenkolbens 35 verschoben werden kann. Eine Bewegung der Kolbenplatte 41 ist also nicht zu erwarten und damit auch keine unerwünschte Hysterese bei der Steuerung. Trotzdem ist sie durch radiale Schräubchen 45 in ihrer Position gesichert. Die Kolbenplatte 40 ist mit dem Düsenkolben 35 mittels Schräubchen 46 fest verbunden. Die beschriebene Montageeinheit 39 lässt sich ohne Schwierigkeiten auf die Düsennadel 33 aufschieben, wobei zwischen Düsennadel 33 und Kolbenplatte 41 im wesentlichen Reibungslosigkeit besteht. Damit eine Belastung der Kolbenplatte 41 durch die Reaktionskomponente unterbunden ist, weist diese ausreichend große Durchlässe 44 auf, so dass die Reaktionskomponente auch bei Druckveränderungen die Kolbenplatte 40 direkt beaufschlagt, welche am Düsenkolben 35 anliegt und zur Innenwandung 47 des Düsengehäuses 32 reibungsfrei ist, und zwar genau so, wie der Düsenkolben 35 selbst. Der Faltenbalg 42 weist zur Innenwandung 47 geringen Abstand auf, so dass hier Berührungsfreiheit herrscht, damit bei Verstellung des Öffnungsquerschnittes der Einspritzdüse 31 keine Hyste rese auftreten kann. Die Düsennadel 33 ist in einer Führung 48 exakt in Längs richtung, d. h. in Richtung der Düsenöffnung 49, geführt. Zwischen dieser Führung 48 und der Innenwandung 47 sind mit den Durchlässen 44 fluchtende Durchlässe 50 vorgesehen.In FIG. 2, 31 is the injection nozzle from a nozzle housing 32 having a nozzle needle 33. This consists of a nozzle shaft 34 with nozzle piston 35 . The rear of the nozzle housing 32 is provided with an associated end plate 36 , through which a hydraulic line 37 leads into the hydraulic space 38 formed between the end plate 36 and the nozzle piston 35 . For reasons of assembly technology, an assembly unit 39 is assigned to the nozzle piston 35 , which consists of two piston plates 40 , 41 , between which a self-rigid bellows 42 made of VA steel, which is tightly connected thereto, is arranged. The piston plate 41 is supported on an annular projection 43 . It has passages 44 which are arranged such that this piston plate 41 cannot be displaced in the direction of the nozzle piston 35 by the reaction component. A movement of the piston plate 41 is therefore not to be expected and therefore no undesired hysteresis in the control. Nevertheless, it is secured in its position by radial screws 45 . The piston plate 40 is fixedly connected to the nozzle piston 35 by means of screws 46 . The assembly unit 39 described can be pushed onto the nozzle needle 33 without difficulty, there being essentially no friction between the nozzle needle 33 and the piston plate 41 . So that loading of the piston plate 41 by the reaction component is prevented, it has sufficiently large passages 44 so that the reaction component acts directly on the piston plate 40 even when the pressure changes, which is in contact with the nozzle piston 35 and is frictionless with the inner wall 47 of the nozzle housing 32 just like the nozzle piston 35 itself. The bellows 42 is at a small distance from the inner wall 47 , so that there is no contact here so that no hysteresis can occur when the opening cross section of the injection nozzle 31 is adjusted. The nozzle needle 33 is guided in a guide 48 exactly in the longitudinal direction, ie in the direction of the nozzle opening 49 . Passages 50 aligned with the passages 44 are provided between this guide 48 and the inner wall 47 .

In Fig. 3 besteht die Einspritzdüse 61 aus einem Düsengehäuse 62 mit einer Düsen nadel 63. Sie wiederum besteht aus einem Düsenschaft 64 mit Düsenkolben 65. Das Düsengehäuse 62 ist rückseitig mit einer dazu gehörigen Abschlussplatte 66 ver sehen, durch welche eine Hydraulikleitung 67 in den zwischen Abschlussplatte 66 und Düsenkolben 65 gebildeten Hydraulikraum 68 führt. Zwischen der Abschluss platte 66 und dem Düsenkolben 65 ist ein Faltenbalg 69 zwischen einem kolben artigen Ring 70 und einer Kolbenplatte 71 angeordnet. Der Ring 70 ist mit Schräubchen 72 an der Abschlussplatte 66 gesichert. Die Kolbenplatte 71 ist mittels Schräubchen 73 am Düsenkolben 65 befestigt. Der Faltenbalg 69 ist zwar in Längsrichtung dehnbar, besitzt aber ausreichend Eigensteifigkeit, um nicht gegen die Innenwandung 74 des Düsengehäuses 62 auszubeulen oder gar auf diese Weise Reibung und Hysterese-Erscheinungen zu verursachen. Innerhalb des Faltenbalges 69 ist eine Vorspannfeder 75 angeordnet, welche sich einerseits an der Abschluss platte 66 und andererseits an der Rückseite des Düsenkolbens 65 abstützt. Die Vorspannfeder 75 bewirkt, dass die Düsenöffnung 76 von der Düsennadel 63 erst freigegeben wird, sobald der Gegendruck der Reaktionskomponente die Vorspann kraft überwindet. Die Düsennadel 63 ist in einer Führung 77 geführt, welche Durchlässe 78 aufweist.In Fig. 3, the injector 61 consists of a nozzle housing 62 with a nozzle needle 63rd It in turn consists of a nozzle shaft 64 with nozzle piston 65 . The nozzle housing 62 is seen on the back with an associated end plate 66 , through which a hydraulic line 67 leads into the hydraulic space 68 formed between the end plate 66 and the nozzle piston 65 . Between the end plate 66 and the nozzle piston 65 , a bellows 69 is arranged between a piston-like ring 70 and a piston plate 71 . The ring 70 is secured to the end plate 66 with screws 72 . The piston plate 71 is fastened to the nozzle piston 65 by means of screws 73 . The bellows 69 can be stretched in the longitudinal direction, but has sufficient inherent rigidity in order not to bulge against the inner wall 74 of the nozzle housing 62 or even to cause friction and hysteresis in this way. Within the bellows 69 , a bias spring 75 is arranged, which is supported on the one hand on the end plate 66 and on the other hand on the back of the nozzle piston 65 . The biasing spring 75 has the effect that the nozzle opening 76 is only released by the nozzle needle 63 as soon as the back pressure of the reaction component overcomes the biasing force. The nozzle needle 63 is guided in a guide 77 which has passages 78 .

Claims

1. Device for producing a solid or foam-forming reaction mixture from at least two flowable reaction components and optionally additional components, consisting of component storage containers ( 15 ), each of which has feed lines ( 16 ) via delivery and / or metering pumps ( 17 ) arranged therein and injection nozzles ( 5 , 31 , 61 ) lead to a mixing head ( 1 ), the injection nozzles ( 5 , 31 , 61 ) each being connected to a hydraulic system ( 6 ) and consisting of a nozzle housing ( 32 , 62 ) with a nozzle opening ( 49 , 76 ) and a rear end plate ( 36 , 66 ), wherein in this nozzle housing ( 32 , 62 ) a nozzle needle ( 33 , 63 ), which can be regulated by means of a control device ( 14 ) and has a hydraulically actuated nozzle piston ( 35 , 65 ), is arranged, and wherein the opening cross section of this injection nozzle ( 5 , 31 , 61 ) is adjustable by hydraulic action on this nozzle piston ( 35 , 65 ) and so that the component pressure can be regulated, characterized in that an intrinsically rigid metallic bellows ( 42 , 69 ) extending in the direction of the nozzle is arranged between the side of the nozzle piston ( 35 , 65 ) acted upon by the reaction component and the nozzle housing ( 32 , 62 ), which is sealingly connected both to the nozzle piston ( 35 , 65 ) and to the nozzle housing ( 32 , 62 ), is at a distance from the inner wall ( 47 , 74 ) of the nozzle housing ( 32 , 62 ), and that between the nozzle piston ( 32 , 65 ) and the inner wall ( 47 , 74 ) of the nozzle housing ( 32 , 62 ) there is only a loose fit.

2. Device according to claim 1, characterized in that a mechanical biasing spring ( 75 ) is additionally arranged between the nozzle housing ( 62 ) and the nozzle piston ( 66 ).