專利名稱：分配由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于分配由在第一化學(xué)試劑和第二化學(xué)試劑之間的化學(xué)反應(yīng)而生產(chǎn)的材料的設(shè)備。分配的材料可以是泡沫狀或彈性體。優(yōu)選地，該材料為流體狀態(tài)，從而使它能夠進(jìn)行澆鑄，然后固化成基本固體結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
泡沫狀材料例如聚氨酯在現(xiàn)場生產(chǎn)，以便使它膨脹和凝固成所需形狀。第一化學(xué)試劑可以是二醇，第二化學(xué)試劑可以是二異氰酸鹽。此外，在聚合處理過程中，將少量水添加到反應(yīng)混合物中，以便產(chǎn)生作為發(fā)泡劑的二氧化碳?xì)怏w。
在已知的高壓系統(tǒng)中，從各自高壓噴嘴釋放的化學(xué)試劑在高速下進(jìn)行接觸。這種類型的高壓系統(tǒng)產(chǎn)生質(zhì)量良好的聚氨酯泡沫塑料，且所需的維護(hù)最少。不過，這些系統(tǒng)的問題是輸出速度趨向于相對較高，且試圖通過減小設(shè)備尺寸來按比例降低輸出產(chǎn)量，并因此減小從各噴嘴釋放的材料體積，這引起了更多的工程難題。
還已知低壓系統(tǒng)，它利用機(jī)械混合操作，因此能夠在較低輸出速度/體積下操作。不過，低壓系統(tǒng)還引起了這樣的問題，即混合物的質(zhì)量將低于通過高壓系統(tǒng)產(chǎn)生的混合物，且需要有機(jī)溶劑來定期清潔混合腔。在這兩種已知的系統(tǒng)中，泡沫產(chǎn)生速度通過控制各試劑的流量來控制。
對于需要注射至模具內(nèi)的現(xiàn)有高壓系統(tǒng)，可能會(huì)遇到另一個(gè)問題。如果模具阻擋來自混合頭的材料流，則在系統(tǒng)內(nèi)隨后形成的流體壓力可能產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了用于分配由在第一化學(xué)試劑和第二化學(xué)試劑之間的化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的材料的設(shè)備，包括注射裝置，該注射裝置構(gòu)造成產(chǎn)生所述第一化學(xué)試劑射流和所述第二化學(xué)試劑射流，從而使所述射流碰撞，以便產(chǎn)生所述材料；儲(chǔ)存腔，該儲(chǔ)存腔布置成提供用于材料的暫時(shí)儲(chǔ)存空間，所述儲(chǔ)存腔具有用于接收所述材料的進(jìn)口和用于分配該材料的出口；以及關(guān)閉裝置，該關(guān)閉裝置可在第一位置和第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在該第一位置，防止材料通過所述出口，而在該第二位置，材料能夠通過所述出口來分配。
通過暫時(shí)保持反應(yīng)材料，可以在第一高速下生產(chǎn)材料，從而能夠利用優(yōu)選的高壓技術(shù)。所以，泡沫狀材料可以以非常低的速率來分配，與低壓系統(tǒng)一致，同時(shí)具有改進(jìn)高壓系統(tǒng)混合質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，且不需要對環(huán)境不利的有機(jī)溶劑來進(jìn)行清潔處理。
也可選擇，在生產(chǎn)結(jié)束后暫時(shí)儲(chǔ)存反應(yīng)材料，這使得儲(chǔ)存的材料能夠承受用于注入模具所需的高壓。


圖1表示用于生產(chǎn)例如空氣過濾器的聚氨酯產(chǎn)品的設(shè)備；圖2表示用于分配材料的分配頭；圖3表示分配頭104的剖視圖，詳細(xì)表示了它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖4表示用于產(chǎn)生泡沫狀聚氨酯的化學(xué)反應(yīng)的示例；圖5表示在圖1的設(shè)備內(nèi)的化學(xué)試劑流的示意圖；圖6A至6E表示混合頭104的第一操作模式；圖7A至7F表示混合頭104的第二操作模式；圖8表示用于控制材料的生產(chǎn)和分配的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)105的總體操作流程圖；圖9表示設(shè)備初始化的步驟805；圖10表示使設(shè)備處于待用模式的步驟810；圖11表示混合頭104的第一操作模式，該第一操作模式由步驟807表示，并如圖6A至6E所示；
圖12表示產(chǎn)生所需重量材料的步驟1106；圖13表示由步驟1110表示的清除循環(huán)；圖14表示混合頭104的第二操作模式，該第二操作模式由步驟808表示，并如圖7A至7F所示；圖15表示分配材料的步驟1409；圖16表示在供電中斷后混合頭的自動(dòng)操作；以及圖17A和17B以剖視圖表示實(shí)施本發(fā)明的可替換混合頭1704。
具體實(shí)施例方式
圖1圖1示出了用于通過高壓混合化學(xué)試劑而生產(chǎn)材料的設(shè)備。為了便于說明，使用圖1的設(shè)備生產(chǎn)聚氨酯產(chǎn)品，例如用于車輛的空氣過濾器盒。在需要柔性輕質(zhì)材料的情況下，聚氨酯和類似材料有多種用途。
該設(shè)備包括第一儲(chǔ)存容器101，用于容納第一儲(chǔ)存化學(xué)成分；以及第二儲(chǔ)存容器102，其中儲(chǔ)存第二儲(chǔ)存化學(xué)成分。泵送裝置103用于使化學(xué)成分在高壓下流向分配頭104。反應(yīng)后的聚氨酯泡沫從頭104分配，設(shè)備的全部操作由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)105來控制。分配頭104懸掛在懸臂107上，該懸架107還支撐電纜、液壓管道以及將兩種化學(xué)成分送向分配頭104的管道。安裝在分配頭104上的控制單元109用于允許操作人員(例如操作人員108)向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)105輸入指令。
在本示例中，分配頭通過操作人員108操縱就位，以便將分配的聚氨酯注射到各模具110中。在本例中，各模具需要相對少量即25克的聚氨酯，而且通常由于很難通過高壓系統(tǒng)產(chǎn)生這樣少的量，因此傾向于使用具有前述缺點(diǎn)的低壓系統(tǒng)。不過，圖1的設(shè)備能夠以相對較低的速度分配相對少量的聚氨酯，同時(shí)使材料能夠在高壓下反應(yīng)，從而提高質(zhì)量，且不需要使用有機(jī)溶劑的清潔過程。
當(dāng)生產(chǎn)需要甚至更少量(例如5克)聚氨酯的其它產(chǎn)品時(shí)，優(yōu)選是通過機(jī)器人臂或其它機(jī)電操縱器來執(zhí)行分配頭的操縱。這是因?yàn)樵谟苫瘜W(xué)反應(yīng)形成聚氨酯的速度確定的有限時(shí)間內(nèi)必須進(jìn)行重新定位。
除了分配頭的機(jī)電操縱，模具也可以自動(dòng)運(yùn)動(dòng)至分配頭下面的位置。
在本例中，只需要相對較低壓力來將分配的材料注入模具內(nèi)。不過，當(dāng)使用的模具具有較小澆口系統(tǒng)，并因此需要較高壓力來注入模具中時(shí)，可將分配頭夾在模具上，以避免泡沫壓力將該頭推離正確位置。
圖2圖2示出了用于分配材料的分配頭104和相關(guān)的控制單元109。分配頭通過管道201接收第一化學(xué)試劑，而第二管道202使它能夠返回到第一儲(chǔ)存容器101。類似的管道用于將第二試劑供給分配頭的另一側(cè)。
該頭104也設(shè)有運(yùn)送液壓流體的管道，例如管道203。液壓用于向分配頭104的運(yùn)動(dòng)部件提供能量，液壓流體的用途將在后面詳細(xì)介紹。
控制單元109具有為液晶顯示器形式的顯示單元204，該顯示單元204用于向用戶(例如操作人員108)顯示信息?？刂茊卧?09還具有多個(gè)按鈕開關(guān)205、206、207、208、209和210。按鈕210和209能夠通過存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)105中的預(yù)定程序循環(huán)而使得操作人員向上和向下滾動(dòng)信息，并在顯示單元204上顯示。各循環(huán)由在各生產(chǎn)事件中產(chǎn)生的材料重量、用于生產(chǎn)材料的兩種化學(xué)試劑的比例、在各分配事件中分配的材料重量以及分配事件的數(shù)目來確定。(試劑的比例調(diào)節(jié)成提供所需的生成材料性質(zhì)變化。通過在允許公差內(nèi)調(diào)節(jié)試劑注射壓力的比例，通常用小于正負(fù)百分之十來調(diào)節(jié)該比例)。此外，對于特定量的被分配的材料，也關(guān)于分配壓力和/或分配速率定義了循環(huán)。
在使用按鈕209和210選擇特定循環(huán)之后，按壓循環(huán)開始按鈕208，以便開始生產(chǎn)/分配循環(huán)。當(dāng)操作人員108需要停止生產(chǎn)時(shí)，按壓循環(huán)停止按鈕207，或者當(dāng)設(shè)備必須緊急關(guān)閉時(shí)，按壓緊急停機(jī)按鈕206。
當(dāng)人工使用分配頭時(shí)，如圖1所示，操作人員108按壓人工分配按鈕205，以便向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)105表明將執(zhí)行循環(huán)的下一個(gè)分配事件。當(dāng)分配頭104的操縱自動(dòng)進(jìn)行時(shí)，該頭104在已經(jīng)到達(dá)正確位置時(shí)接收來自機(jī)電操縱器的“分配信號(hào)”。
圖3圖3中示出了分配頭104的剖視圖，該圖提供了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。分配頭104具有生產(chǎn)活塞301，其后端位于液壓缸302內(nèi)，而前端位于材料生產(chǎn)缸303內(nèi)。活塞301通過借助于液壓連接器304施加的液壓而高速地在其完全向前和完全縮回位置之間運(yùn)動(dòng)。
在縮回位置中，如圖3所示，活塞301的前表面和生產(chǎn)缸303的壁限定了生產(chǎn)腔305，其容積為大約1立方厘米。在生產(chǎn)過程中，第一和第二化學(xué)試劑通過兩個(gè)噴射器中相應(yīng)的一個(gè)而在高壓下注入生產(chǎn)腔305。圖3表示了一個(gè)噴射器的噴嘴306，而第二噴射器的位置以307表示。噴射器布置成這樣，即各化學(xué)試劑作為液體射流進(jìn)入生產(chǎn)腔，并與其它高速液體射流猛烈碰撞。這使得兩個(gè)試劑高效混合，且所形成的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生可分配材料(例如聚氨酯泡沫)。這種高壓混合/生產(chǎn)為本領(lǐng)域所公知。
進(jìn)口導(dǎo)管308A使得化學(xué)試劑能夠供給位于307處的噴射器，而出口導(dǎo)管308B允許相同的未反應(yīng)試劑從混合頭104中除去。(另一噴射器設(shè)有類似的進(jìn)口和出口導(dǎo)管。)一對端部封閉狹槽309布置在活塞301中，這樣，當(dāng)活塞301處于其前部位置時(shí)，化學(xué)試劑可以在高壓下流過進(jìn)口導(dǎo)管(例如308A)、流過它們對應(yīng)的噴射器、流過對應(yīng)的狹槽309，并通過出口導(dǎo)管(例如308B)而流出。這樣，試劑能夠在混合之前以高壓流過噴射器，以便形成混合壓力并使其穩(wěn)定。然后，生產(chǎn)活塞301以高速縮回，從而使試劑的高壓射流碰撞。當(dāng)生產(chǎn)了所需重量的材料時(shí)，活塞301以高速向前運(yùn)動(dòng)，以便停止生產(chǎn)，從而化學(xué)試劑能夠再次流過狹槽309。因此，高壓射流被非常快速地打開和關(guān)閉，而不會(huì)在化學(xué)試劑供應(yīng)回路中形成不能接受的壓力。
生產(chǎn)腔的一端通向分配缸310，該分配缸310容納分配活塞312的下端311?；钊?12的上端313位于第二液壓缸315中，這樣，可以通過由液壓連接器316施加所需的流體壓力而向下或向上推動(dòng)活塞312。
在縮回位置中，如圖3所示，活塞312的前表面和分配缸310的壁限定了分配腔317。帽318在其底端提供了該腔317的底壁。在中心處，帽318具有噴嘴314，其限定了圓形孔，該圓形孔提供了輸出口319，在腔317中的材料通過該輸出口319來分配。在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，生產(chǎn)腔305中生成的材料通過該生產(chǎn)腔305的開口端進(jìn)入分配腔317中。這樣，生產(chǎn)腔305的開口端限定了用于分配腔317的進(jìn)口。
在優(yōu)選實(shí)施例中，分配活塞312和分配腔317的內(nèi)壁之間的公差在十微米和十五微米之間。優(yōu)選是，分配活塞312的下端311的直徑在四十和七十毫米之間，以提供大約11噸的分配力。
一系列更小導(dǎo)管320穿過帽318設(shè)置，這樣，各導(dǎo)管320提供了從腔317至該帽的外表面的通道。隨著時(shí)間的推移，有在帽318的內(nèi)表面積累完全反應(yīng)材料的趨勢。在分配活塞312的壓力作用下使這些多余材料通過導(dǎo)管320擠出而將其定期除去。下面將參考圖13進(jìn)一步詳細(xì)介紹該清除操作。不過，在正常使用過程中，導(dǎo)管320布置成充滿固體反應(yīng)材料，該固體反應(yīng)材料提供了塞子，以便防止未反應(yīng)材料的泄漏。
優(yōu)選是，導(dǎo)管320為錐形，這樣，它們在帽的內(nèi)側(cè)表面處具有較大直徑，而在帽的外側(cè)表面處具有較小直徑。該形狀有助于進(jìn)行擠出操作。
而且，帽318的內(nèi)表面形成為這樣，即它具有位于導(dǎo)管320之間的凸起部分，每個(gè)凸起部分都設(shè)有切割刃；以及傾斜表面，該傾斜表面朝著導(dǎo)管320向下傾斜。在本實(shí)施例中，這是通過使導(dǎo)管具有相交的埋頭孔而實(shí)現(xiàn)的。在擠出過程中，切割刃有助于切入帽的內(nèi)表面上的固化材料中，然后將該材料壓入埋頭孔內(nèi)，該埋頭孔的傾斜表面使得所述材料漏入導(dǎo)管320中。
在可替換實(shí)施例中，帽318的內(nèi)表面設(shè)有一系列V形槽，這些V形槽在它們的上邊緣處匯合，以便提供切割刃。導(dǎo)管320沿該槽的底部間隔分開，這樣，在擠出過程中，固體材料趨于通過由該槽形成的切割刃來切割，并通過槽的傾斜表面漏向?qū)Ч?。?yōu)選是，該槽從輸出口319徑向向外延伸，且隨其向外延伸而加深，以便使切割刃沿它們的整個(gè)長度延伸。
在可替換實(shí)施例中，分配頭104設(shè)有用于冷卻帽318的冷卻裝置。因此，使腔317內(nèi)靠近帽處的材料反應(yīng)速度變慢，從而降低了進(jìn)行清除循環(huán)的頻率。這種冷卻可以通過使冷卻液流過布置在帽318中或帽318附近的附加管道來提供。
在可替換實(shí)施例中，具有一系列孔(這些孔與帽318的孔匹配)的盤可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述帽的外表面上。因此，盤可以旋轉(zhuǎn)至第一位置，在該第一位置，盤和帽的孔被對齊以允許進(jìn)行擠出操作。或者，盤可以旋轉(zhuǎn)至使得帽318的導(dǎo)管320被盤堵塞的位置，以便防止材料在正常分配操作過程中通過所述孔逸出。
分配活塞312具有沿其軸線延伸的圓形孔，輸出控制桿321位于所述孔內(nèi)。桿321的上端安裝在位于第三液壓缸323內(nèi)的活塞322上，因此，通過由液壓連接件324向活塞322施加液壓，桿321能夠在向前和縮回位置之間運(yùn)動(dòng)。在縮回位置中，桿321的下端位于分配腔317內(nèi)，從而使位于所述腔內(nèi)的材料可以通過輸出口319來分配。當(dāng)桿321處于其向前位置時(shí)，它的下端位于輸出口319內(nèi)，且其充分良好地裝配在所述口內(nèi)，以便防止腔室317內(nèi)的材料逸出。因此，輸出控制桿321提供了關(guān)閉輸出口319的裝置。不過，另外它還提供了清潔材料輸出口的裝置。
優(yōu)選是，輸出控制桿321的直徑為8至15毫米，且在所有運(yùn)動(dòng)表面之間的總接觸面積足以提供有效的密封，但是不要太大而產(chǎn)生粘附問題。
在分配頭104的一種工作模式中，腔305中生產(chǎn)的材料暫時(shí)儲(chǔ)存在分配腔317中，然后，通過一控制量使分配活塞向前運(yùn)動(dòng)而對材料的量進(jìn)行精確分配。因此，產(chǎn)生一關(guān)于分配活塞位置的信號(hào)，并通過位置傳感器351將其傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)105。
傳感器351是位于殼體352中的線性導(dǎo)電塑料位置傳感器，殼體352從第二液壓缸315的上端延伸。傳感器351具有導(dǎo)電塑料部分353，其剛性地固定在殼體352的上端；以及電刷354，其剛性固定在導(dǎo)向管355的上端。導(dǎo)向管本身剛性地安裝在活塞312的上端313上，因此，當(dāng)活塞312向上或向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，電刷354以相應(yīng)的方式沿導(dǎo)電塑料部分353運(yùn)動(dòng)。向傳感器351提供參考電壓，且通過電纜356從該傳感器接收表示電刷位置的電壓信號(hào)。
導(dǎo)向管355的尺寸設(shè)置為能夠在殼體352內(nèi)上下滑動(dòng)，同時(shí)限制活塞312的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而保護(hù)傳感器351免受潛在的有害彎曲力。在本實(shí)施例中，傳感器351是導(dǎo)電塑料缸內(nèi)(incylinder)傳感器，其沖程長度為150mm，由英國Variohm-Eurosensor Ltd.制造，編號(hào)為P6403-100-H003。
在使用時(shí)，活塞301和322需要完全向前或完全縮回。為了向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)105提供表示它們狀態(tài)的數(shù)據(jù)，相應(yīng)的缸分別設(shè)有接近開關(guān)330和331。
該設(shè)備包括液壓動(dòng)力裝置(未示出)，該液壓動(dòng)力裝置能夠向蓄壓器充入兩百巴的壓力，用于使混合頭中的三個(gè)液壓活塞正常工作。此外，液壓增強(qiáng)器(未示出)用于向第二蓄壓器充入四百巴的壓力，用于當(dāng)需要進(jìn)行清除操作以從分配腔擠出多余固體材料時(shí)使用。
輸出控制桿和生產(chǎn)活塞通過相應(yīng)的雙向液壓方向閥來操作。在本實(shí)施例中，液壓控制閥由Atos制造，編號(hào)為DHI-0631/2-00。分配活塞需要能夠在控制速度下和/或在控制壓力作用下向前運(yùn)動(dòng)，因此，比例閥控制它的運(yùn)動(dòng)。在本實(shí)施例中，比例閥控制器是比例閥(ceptop3)系列DLHZO，它在閉環(huán)控制器系列E-ME-K-PID的控制下由電子驅(qū)動(dòng)器系列E-ME-T-2H驅(qū)動(dòng)，它們都由Atos制造。
在本實(shí)施例中，分配活塞312的上部313的直徑為85mm，而下部311直徑為50mm，且輸出控制桿的直徑為10mm。因此，上部313(液壓流體作用在該上部313上，以便向下壓活塞312)的表面面積大于下部311的表面面積的兩倍，該下部311作用在分配腔317中的材料上。因此，施加給材料以分配該材料的壓力大于所施加的液壓的兩倍。因此，在正在分配的材料中，200巴的液壓產(chǎn)生大約570巴的壓力。該壓力增量在需要高壓注入模具內(nèi)時(shí)很有利。
在可替換實(shí)施例中，顏料向下注射至生產(chǎn)腔301的中心，以便在材料在輸出分配腔317內(nèi)被接收之前使顏料高效混合。
還可以將兩個(gè)(或更多)生產(chǎn)腔裝配在單個(gè)分配腔上，從而使兩種材料能夠以交替方式從同一個(gè)頭分配。在這種情況下，也可以從不同生產(chǎn)腔交替重新填充分配腔，這樣，同一個(gè)頭可以在交替循環(huán)中分配較軟或較硬材料，或者在交替循環(huán)中分配不同顏色的材料。例如，各生產(chǎn)腔可以供給不同的多元醇流和相同的異氰酸鹽，這樣，分配腔室可以以交替方式填充和分配不同種類的材料。可替換地，一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)腔可以布置成使顏料與試劑混合，因此，分配腔可以以交替方式填充和分配不同顏色的材料。
圖4圖4中以示例的方式表示了在分配頭104內(nèi)生產(chǎn)材料的化學(xué)反應(yīng)。在本例中，第一和第二化學(xué)成分是二醇401和二異氰酸鹽402，它們反應(yīng)產(chǎn)生聚氨酯403。優(yōu)選是采用較大二異氰酸鹽分子，因?yàn)樗鼈兾：^小。
圖5圖5示出了在圖1的設(shè)備中的化學(xué)試劑流的示意圖。
當(dāng)設(shè)備不生產(chǎn)材料時(shí)，儲(chǔ)存在儲(chǔ)存容器101和102中的化學(xué)試劑在低壓下環(huán)繞回路進(jìn)行循環(huán)。因此，儲(chǔ)存在儲(chǔ)存容器101中的第一化學(xué)試劑通過第一泵送裝置103A而流過管道501A、第一流分配器閥502，并通過管道部分501B和501C而返回容器101。同樣，儲(chǔ)存在儲(chǔ)存容器102中的第二化學(xué)試劑通過第二泵送裝置103B而流過管道551A、第一流分配器閥552，并通過管道部分551B和551C而返回。
就在生產(chǎn)材料之前，流分配器閥關(guān)閉，以防止流過管道部分501B和551B。因此，第一化學(xué)試劑通過管道部分501A和501D而流向混合頭104，且當(dāng)生產(chǎn)活塞301處于它的向前位置時(shí)，所述試劑通過管道部分501E和501C而返回容器101。同樣，第二化學(xué)試劑流過管道部分551A、501D，并通過管道部分551E和551C而返回。因此，化學(xué)試劑流過混合頭內(nèi)的噴射器，且形成混合所需的高壓并保持穩(wěn)定。
當(dāng)開始混合時(shí)，生產(chǎn)活塞301縮回，且第一和第二化學(xué)試劑在生產(chǎn)腔305中混合，以生成新材料，例如聚氨酯泡沫。新生成的材料從生產(chǎn)腔305進(jìn)入分配腔317，在第一工作模式中，它立即從該分配腔317分配，在第二工作模式中，它在短時(shí)間儲(chǔ)存之后進(jìn)行分配。
圖6A至6E圖6A至6E中示意表示了混合頭104的第一工作模式。
圖6A所示的混合頭104處于它的生產(chǎn)后構(gòu)造，因此它處于開始新生產(chǎn)循環(huán)的位置。所以，生產(chǎn)活塞301、分配活塞312和輸出控制桿321都處于它們的完全向前位置。混合頭已經(jīng)使用過，或者已經(jīng)準(zhǔn)備以下面所述方式來使用。因此，完全反應(yīng)的固體材料層601存在于分配活塞312和帽318的內(nèi)表面之間，且其延伸穿過導(dǎo)管320。
在材料生產(chǎn)之前的預(yù)定時(shí)期內(nèi)，化學(xué)試劑流過進(jìn)口308A和608A、流過各噴射器和生產(chǎn)活塞301中的狹槽309，并通過出口308B和608B而流出。
圖6B示出了在第一模式中就在生產(chǎn)之前的混合頭的構(gòu)造。分配活塞312已經(jīng)縮回至預(yù)定位置，以限定分配腔317，這樣，它的下端恰好越過生產(chǎn)缸303的端部。輸出控制桿321縮回，從而使輸出口319打開。
然后，通過使生產(chǎn)活塞301縮回而進(jìn)行生產(chǎn)，如圖6C所示。在該結(jié)構(gòu)中，化學(xué)試劑的混合和反應(yīng)在生產(chǎn)腔305中進(jìn)行。由于在該處理中包含有高壓和能量，所以新制造的材料從生產(chǎn)腔305通過分配腔317，并通過輸出口出來。因此，在該模式中，混合頭以與傳統(tǒng)混合頭類似的方式來同時(shí)生產(chǎn)和分配材料。不過，與傳統(tǒng)混合頭相比，混合頭104具有輸出控制桿321，該輸出控制桿321與生產(chǎn)腔305的軸線對齊。因此，從生產(chǎn)腔305排出的材料趨于沖擊輸出控制桿321，這在兩種化學(xué)試劑射流首先碰撞時(shí)增強(qiáng)了化學(xué)試劑的混合，特別是在生產(chǎn)剛開始時(shí)。
當(dāng)材料已經(jīng)生產(chǎn)了所需時(shí)間，并因此已經(jīng)生產(chǎn)了所需量的材料時(shí)，生產(chǎn)活塞運(yùn)動(dòng)至它的向前位置，以便結(jié)束生產(chǎn)。該狀態(tài)在圖6D中表示，其中，材料的生產(chǎn)已經(jīng)結(jié)束，但是分配腔317還有一些材料。分配活塞312立即向前運(yùn)動(dòng)，以便通過輸出口319來分配剩余材料。
圖6E示出了在分配活塞312已經(jīng)充分向前運(yùn)動(dòng)之后混合頭的狀態(tài)。在非常高的壓力下(該壓力可以通過分配活塞來施加)，只有非常少量的液體材料仍然截留在分配活塞312和固體材料層601的上表面之間。少量液體材料將不可避免地被截留，但是在完全反應(yīng)之后，這只是增加了固體材料層601的厚度。
在使分配活塞剛運(yùn)動(dòng)至它的完全向前位置之后，輸出控制桿321也運(yùn)動(dòng)至它的完全向前位置，以便將剩余材料從分配腔輸出口319中排出。在該運(yùn)動(dòng)之后，混合頭再次處于它的生產(chǎn)后構(gòu)造，如圖6A中所示。
圖7A至7F圖7A至7F示出了混合頭104的第二工作模式。
混合頭104在圖7A中表示為處于它的生產(chǎn)后構(gòu)造。因此，圖7A只是圖6A的拷貝，用于方便說明第二模式。由于混合頭處于生產(chǎn)循環(huán)之間，因此，制造活塞301、分配活塞312和輸出控制桿321都處于它們的完全向前位置。
在第二工作模式中，材料在分配腔中生產(chǎn)和儲(chǔ)存，然后，在制造結(jié)束之后就立即分配儲(chǔ)存的材料。因此，在開始生產(chǎn)材料之前，分配活塞縮回，以便提供暫時(shí)儲(chǔ)存材料的分配腔317。分配活塞312從固體層601上表面的后退運(yùn)動(dòng)的量計(jì)算為提供用于材料生產(chǎn)的合適尺寸的空間。
應(yīng)當(dāng)知道，如圖7A中所示，分配活塞的完全向前位置隨著使用而變化，因?yàn)樵诿看畏峙溲h(huán)過程中，固體材料層601的厚度都增加。不過，分配活塞上的位置傳感器向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)105提供其完全向前位置的信息，因此它的后退運(yùn)動(dòng)將從該位置來計(jì)算。
在圖7B中示出了在分配活塞312已經(jīng)從固體層601的上表面縮回計(jì)算的距離后的混合頭104。輸出控制桿321仍然位于輸出口319內(nèi)，并因此，分配活塞312的向后運(yùn)動(dòng)使得分配腔317內(nèi)留下真空。
在形成抽空分配腔之后，生產(chǎn)活塞退回以便開始生產(chǎn)材料。圖7C示出了混合頭104在材料生產(chǎn)過程中的構(gòu)造。在腔305中生產(chǎn)的材料趨向于由于材料的高能量而被壓入分配腔中，而腔305和317內(nèi)的真空將有助于該運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)生產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)行了生成所需重量材料所需的時(shí)間時(shí)，活塞301向前運(yùn)動(dòng)，以結(jié)束生產(chǎn)，如圖7D所示。與傳統(tǒng)混合頭相同的是，生產(chǎn)活塞301也將剩余材料從生產(chǎn)腔中清除。
不過，與傳統(tǒng)混合頭不同的是，新生成的材料被暫時(shí)儲(chǔ)存。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對于通常同時(shí)制造和分配的材料例如聚氨酯，存在一段有限時(shí)間，材料可以在該有限時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)存和分配。該時(shí)間期限通常小于20秒，但是本發(fā)明利用該時(shí)間使材料分配方式具有更大的通用性。
為了能夠進(jìn)行分配，控制桿321縮回，以打開輸出口319，如圖7E所示。然后，通過使分配活塞312向前運(yùn)動(dòng)而分配材料。分配活塞可在控制壓力下以控制速度運(yùn)動(dòng)，并運(yùn)動(dòng)經(jīng)過受控制的距離。因此，例如當(dāng)混合頭用于給具有非常小的澆口的模具供給聚氨酯時(shí)，由分配活塞312施加的非常高的壓力確保材料如需進(jìn)行流動(dòng)。也可選擇，例如當(dāng)混合頭用于將非常少量的聚氨酯裝入幾個(gè)小模具時(shí)，分配活塞向前運(yùn)動(dòng)計(jì)算的距離，以便將所述少量分配給第一模具，然后混合頭運(yùn)動(dòng)至第二模具，并將第二少量分配給第二模具，等等。應(yīng)當(dāng)知道，當(dāng)混合頭在模具之間運(yùn)動(dòng)時(shí)，輸出口319由控制桿321暫時(shí)關(guān)閉，以便防止材料從分配腔317中泄漏。
在諸如這種情況下，因?yàn)椴牧系纳a(chǎn)與分配操作分開，所以，材料分配速度可以與生產(chǎn)速度不同，分配壓力可以改變，而不會(huì)對生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響，且分配給各模具的單獨(dú)量可以是所生產(chǎn)材料的一部分。
圖7F示出了在分配活塞312已經(jīng)向前運(yùn)動(dòng)經(jīng)過計(jì)算的量以便將少量材料分配給較小模具之后的混合頭。分配活塞隨后進(jìn)行類似運(yùn)動(dòng)，以便將類似的量分配給多個(gè)其它模具，并使分配活塞到達(dá)完全向前位置。然后，輸出控制桿321向前運(yùn)動(dòng)，以便關(guān)閉并清潔輸出口319，且混合頭再次處于圖7A中所示的構(gòu)造中。
圖8圖8至15顯示的流程圖示出了為控制材料的生產(chǎn)和分配而由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)105(或類似的控制系統(tǒng)，例如可編程邏輯控制器或微控制器)執(zhí)行的操作。
圖8示出了控制系統(tǒng)105的總體操作。步驟801表示了開始步驟，其中，設(shè)備接收確定生產(chǎn)和分配操作的輸入，或者可能接收關(guān)閉指示。輸入可以是用戶直接在控制單元109或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)105上進(jìn)行的輸入，或者作為選擇，輸入也可為從某些其它外部控制裝置例如計(jì)算機(jī)接收?？梢愿鶕?jù)每個(gè)分配單元的重量、要分配單元的總數(shù)目、分配速度和材料分配壓力由輸入確定新的操作。在某些應(yīng)用中，也可以調(diào)節(jié)試劑比例。例如，當(dāng)生產(chǎn)聚氨酯時(shí)，可以根據(jù)應(yīng)用需要調(diào)節(jié)二醇和二異氰酸鹽的混合。因此，當(dāng)確定新的分配操作時(shí)也規(guī)定了試劑的比例。也可選擇，輸入可以只是利用控制單元109預(yù)先選擇的生產(chǎn)循環(huán)，并表示它的開始。
在步驟801中接收輸入之后，在步驟802中判斷是否已經(jīng)指示關(guān)閉設(shè)備，如果為是，則在步驟811中關(guān)閉設(shè)備。否則，進(jìn)入步驟803，在該步驟803中，判斷是否已經(jīng)指示開始分配循環(huán)。若為否，則進(jìn)程返回步驟801，并且在步驟801至803進(jìn)行循環(huán)，直到在步驟802或803中的任一問題回答為是。
若在步驟803中的問題回答為是，則在步驟804中詢問設(shè)備是否已經(jīng)初始化。若為是，則直接進(jìn)入步驟806，否則在執(zhí)行步驟806之前在步驟805中對設(shè)備進(jìn)行初始化。
在步驟806中，判斷所要分配材料每一單元容積是否大于分配腔317的最大容積，若為是，則在步驟807中以圖6A至6E所示的第一工作模式來生產(chǎn)和分配材料。也可選擇，在步驟808中以圖7A至7F所示的第二工作模式來生產(chǎn)和分配材料。
在步驟807或808之后，在步驟809中詢問是否要執(zhí)行另一分配操作，若為是，進(jìn)程直接返回步驟801。當(dāng)并不進(jìn)行另一操作時(shí)，在重新進(jìn)入步驟801之前，設(shè)備在步驟810中處于待用模式。根據(jù)在步驟802中接收的輸入，設(shè)備再進(jìn)行分配操作或關(guān)閉。
圖9圖9中詳細(xì)示出了使設(shè)備初始化的步驟805。首先，在步驟901中，啟動(dòng)泵103，且在步驟902中，啟動(dòng)液壓動(dòng)力裝置，以便向兩個(gè)蓄壓器中的第一個(gè)充入兩百巴的壓力。在步驟903中，啟動(dòng)液壓增強(qiáng)器，以便在第二蓄積器中儲(chǔ)存四百巴的壓力。
在步驟904中，流分配閥502和552關(guān)閉，從而使循環(huán)化學(xué)試劑在高壓下通過噴射器泵送至混合頭104中。為了保證試劑很好地混合，在生產(chǎn)開始之前必須形成通常150巴的穩(wěn)定高壓。因此，提供通常5秒較短時(shí)間以允許生產(chǎn)之前形成該壓力。為了測量該時(shí)間，在步驟905中啟動(dòng)高壓再循環(huán)定時(shí)器。
圖10圖10示出了使設(shè)備進(jìn)入待用模式的步驟810。首先，在步驟1001中，流分配閥502和552打開，以便使得化學(xué)試劑能夠環(huán)繞低壓回路循環(huán)，而不是流過混合頭噴射器。然后，在步驟1002中關(guān)閉泵103，并在步驟1003中關(guān)閉液壓動(dòng)力裝置。保持儲(chǔ)存在蓄壓器中的壓力，以便以后使用。
圖11圖11中更詳細(xì)地示出了圖6A至6E中所示的混合頭104的第一工作模式(表示為步驟807)。首先，在步驟1101中，通過使輸出控制桿321縮回而使輸出口打開。具體地，使各雙向液壓方向閥斷電，以便使輸出控制桿往回運(yùn)動(dòng)，且由接近傳感器331確認(rèn)該縮回位置。然后，在步驟1102中，分配活塞在比例閥的控制下往回運(yùn)動(dòng)至使得材料能夠從生產(chǎn)腔305流入分配腔317的位置處，如圖6B所示。
在步驟1103，判斷在步驟905中啟動(dòng)的高壓再循環(huán)定時(shí)器是否超時(shí)。當(dāng)為是時(shí)，進(jìn)程前進(jìn)至步驟1104，在步驟1104中，判斷是否已經(jīng)接收到了指示需要進(jìn)行分配的信號(hào)。該信號(hào)可以是通過按鈕205的用戶輸入，或者可以是來自機(jī)電操縱器的信號(hào)。當(dāng)還沒有接收到分配信號(hào)時(shí)，在步驟1104中再次詢問之前，在步驟1105中進(jìn)入等待狀態(tài)。這樣，繼續(xù)該等待循環(huán)，直到接收到分配信號(hào)，這時(shí)進(jìn)入步驟1106。
在步驟1106中，產(chǎn)生所需重量的材料并同時(shí)進(jìn)行分配。在步驟1107中，通過使分配活塞312在比例閥控制下利用高達(dá)兩百巴的壓力完全向前而對殘留在分配腔中的材料也進(jìn)行分配。然后，使得用于輸出控制桿321的雙向液壓方向閥進(jìn)行通電，以便關(guān)閉輸出口319。在從接近傳感器331接收到關(guān)閉確認(rèn)之后，在步驟1109中詢問固體材料層601的厚度是否大于預(yù)定閾值。若為是，則在進(jìn)入步驟1111之前在步驟1110中進(jìn)行清除循環(huán)，否則直接進(jìn)入步驟1111。
在步驟1111中，詢問當(dāng)前操作是否已經(jīng)完成。當(dāng)前操作可以包括材料分配單元的幾個(gè)循環(huán)，并且還可能需要另外的分配循環(huán)。在當(dāng)前操作已經(jīng)完成時(shí)，完成步驟807，并進(jìn)入步驟809。否則，重復(fù)步驟1101至1111，直到步驟1111的回答為是為止。
圖12
在圖12中更詳細(xì)地示出了生產(chǎn)所需重量材料的步驟1106。首先，在步驟1201中，使得用于生產(chǎn)活塞301的雙向液壓方向閥通電，以便使所述活塞往回運(yùn)動(dòng)。然后，在步驟1202中反復(fù)詢問接近開關(guān)330是否已經(jīng)確認(rèn)生產(chǎn)活塞的完全返回沖程。當(dāng)該問題的回答為是時(shí)，在步驟1203中啟動(dòng)混合重量定時(shí)器。然后，在步驟1204中詢問所述混合是否已經(jīng)進(jìn)行了生成所需重量材料所需的時(shí)間。若回答為否，則重復(fù)該問題，并生成材料，直到回答為是。當(dāng)該問題回答為是時(shí)，在步驟1205中使得用于生產(chǎn)活塞的液壓控制閥斷電，以便使所述活塞向前運(yùn)動(dòng)，并停止生產(chǎn)。當(dāng)接近開關(guān)確認(rèn)生產(chǎn)活塞已經(jīng)完全向前時(shí)，在步驟1206中完成步驟1106。
圖13在圖13中更詳細(xì)地示出了由步驟1110表示的清除循環(huán)。在清除循環(huán)開始時(shí)，混合頭的構(gòu)造如圖6A所示。因此，活塞301和312以及控制桿321都完全向前。不過，分配活塞312通過一層固體材料601而與帽318分開，該層固體材料601已經(jīng)變得比所希望的更厚。因此，在步驟1301中，來自第二蓄壓器的400巴液壓增強(qiáng)器的壓力用于使分配活塞312在低速控制下運(yùn)動(dòng)。這樣的效果是將固體材料層通過導(dǎo)管320擠出。需要通過該方法從而使固體層減小至一般為2mm厚，因此，在步驟1302中詢問分配活塞是否已經(jīng)到達(dá)預(yù)定位置。若為否，則再次在步驟1302中詢問之前，在步驟1303中繼續(xù)進(jìn)行擠出。這樣，材料被擠出直到在步驟1302中的問題回答為是為止，于是在步驟1304中減小施加在分配活塞312上的液壓力，從而結(jié)束清除循環(huán)。
在清除處理之后仍然殘留的固體層的厚度被設(shè)計(jì)用于在正常生產(chǎn)和分配操作過程中防止液體/泡沫材料通過導(dǎo)管320逸出。這種用途所需材料的厚度取決于所加工的具體材料(例如具體的聚氨酯系統(tǒng))的機(jī)械特性。因此，在清除之后的材料厚度由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)105來調(diào)節(jié)，以便允許這些改變。同樣，在步驟1109中使用的、用于判斷是否應(yīng)當(dāng)執(zhí)行清除循環(huán)的閾值也根據(jù)正在處理材料的機(jī)械特性來進(jìn)行調(diào)節(jié)。
應(yīng)當(dāng)理解，固體材料層601用于密封導(dǎo)管320，而導(dǎo)管320用于使層的厚度保持在所需范圍內(nèi)。當(dāng)混合頭104為新的或者已被完全清潔，從而沒有固體層601時(shí)，則必須在混合頭可正常工作之前首先形成該固體層。為此，在帽318的前部安裝固體金屬板，并且在分配活塞縮回時(shí)將輸出口319關(guān)閉。然后生成非常少量(通常50克)的材料，且使分配活塞降低，以便將材料壓縮成延伸進(jìn)導(dǎo)管320中的固體(非泡沫)層。在該層具有足夠時(shí)間以完全反應(yīng)和凝固之后，混合頭準(zhǔn)備正常生產(chǎn)。
在可替換實(shí)施例中，并不需要單獨(dú)的清除循環(huán)(例如步驟1110)。而是在每次已經(jīng)分配材料且活塞312向下運(yùn)動(dòng)至固體材料層601上時(shí)，施加的壓力隨后增加，從而使所述活塞總是置于相同位置，即，每次在分配材料之后，將非常少量的固體材料擠出。這樣，在帽318的內(nèi)表面上保持恒定厚度的固體材料層601。
圖14圖14中更詳細(xì)地示出了在圖7A至7F中所示的混合頭104的第二工作模式(由步驟808表示)。首先，在步驟1401中，詢問分配腔是否準(zhǔn)備進(jìn)行分配，即它是否裝有要進(jìn)行分配的材料。在第一次執(zhí)行步驟1401時(shí)，該問題將回答為否定，但是在隨后反復(fù)執(zhí)行時(shí)，它可能回答為肯定。若該問題的回答為是，則直接進(jìn)入步驟1408，否則在步驟1402中使輸出口319關(guān)閉。具體地，使用于輸出控制桿321的雙向液壓閥通電，以便關(guān)閉口319。
在步驟1403中，判斷固體材料層601的厚度是否大于閾值，若為是，在進(jìn)入步驟1405之前，在步驟1404中執(zhí)行清除循環(huán)。(步驟1403和1404基本與步驟1109和1110相同。)否則，從步驟1403直接進(jìn)入步驟1405。在步驟1405中，分配活塞在比例閥的控制下向后運(yùn)動(dòng)至所需位置。該所需位置通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)105來計(jì)算，以使分配腔317的容積足夠大，以便接收將要生產(chǎn)的材料。
在步驟1406中，判斷在步驟905中啟動(dòng)的高壓定時(shí)器是否超時(shí)。重復(fù)該步驟直到定時(shí)器超時(shí)為止，然后在步驟1407中生成可分配材料。步驟1407基本與步驟1106相同，但是產(chǎn)生的材料儲(chǔ)存在分配腔317中。
在材料產(chǎn)生之后，在步驟1408中詢問是否接收到指示需要進(jìn)行分配的信號(hào)。當(dāng)沒有接收到該信號(hào)時(shí)，重復(fù)步驟1408。當(dāng)收到分配信號(hào)時(shí)，在步驟1409中分配材料。然后，在步驟1410中判斷當(dāng)前操作是否結(jié)束。操作可能因?yàn)檫€需要生產(chǎn)循環(huán)和/或分配循環(huán)而并沒有結(jié)束。若在步驟1410中的問題回答為是，則結(jié)束步驟808。否則重新進(jìn)入步驟1401。
圖15圖15中詳細(xì)示出了分配材料的步驟1409。首先，在步驟1501中，使用于輸出控制桿321的雙向液壓方向閥斷電，以便打開輸出口319。然后，在步驟1503中進(jìn)行材料分配之前，在步驟1502中，從接近開關(guān)331接收的信號(hào)確認(rèn)輸出控制桿的運(yùn)動(dòng)。通過使活塞312在比例閥的控制下以控制速度和/或壓力向前運(yùn)動(dòng)經(jīng)過計(jì)算距離而進(jìn)行分配。當(dāng)然，該距離由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)105計(jì)算，從而分配所需體積的材料。分配的材料可以是在步驟1407中生產(chǎn)的全部材料，或者是這些材料的一部分，而其余部分將在隨后重復(fù)步驟1409的過程中進(jìn)行分配。
當(dāng)完成步驟1503時(shí)，步驟1504中使得用于輸出控制桿312的液壓控制閥通電，從而關(guān)閉輸出口319，以便防止殘留在腔室317中的材料漏出。
在步驟1505中，由接近開關(guān)接收的信號(hào)確認(rèn)輸出口關(guān)閉，以便結(jié)束步驟1409。
在多數(shù)優(yōu)選應(yīng)用中，材料的生產(chǎn)將相對快速地進(jìn)行，從而使得分配腔相對快速地充滿。然后，暫時(shí)保持在混合頭內(nèi)的材料將以相對較低的速度分配，從而使得分配頭能夠在需要相對較慢流速的環(huán)境中分配聚氨酯泡沫。不過，當(dāng)材料保持為流體狀態(tài)時(shí)，容納在分配腔317內(nèi)的全部材料必須除去。因此，以此方式，由于高壓混合而可以生產(chǎn)高質(zhì)量的材料，但以相對較低的速度進(jìn)行分配，從而增加了高壓混合材料可以使用的應(yīng)用場合的數(shù)目。
圖16在圖16中示出了在供電中斷之后混合頭的自動(dòng)操作。當(dāng)供電中斷時(shí)，利用儲(chǔ)存在動(dòng)力裝置的蓄壓器中的壓力，使得用于生產(chǎn)活塞301的雙向液壓閥斷電，從而使活塞向前運(yùn)動(dòng)，以便停止生產(chǎn)(1601)；用于輸出控制桿的液壓閥斷電，從而使所述桿縮回，以便打開輸出口(1602)；且分配活塞同樣完全向前運(yùn)動(dòng)，以便分配殘留在混合頭中的任何材料(1603)。這樣，混合頭自動(dòng)停止生產(chǎn)，并將其容納的絕大部分材料排出。因此，當(dāng)重新供電時(shí)，可以迅速重新開始生產(chǎn)。
圖17圖17A和17B示出了實(shí)施本發(fā)明的可替換混合頭1704的剖視圖。在圖17A中，示出了混合頭處于生產(chǎn)循環(huán)之間時(shí)其活塞向前且輸出口關(guān)閉的狀態(tài)。圖17B表示同一混合頭同時(shí)生產(chǎn)和分配材料時(shí)其活塞縮回且輸出口打開的狀態(tài)。這對應(yīng)于圖6C中所示的混合頭104的第一工作模式。
混合頭1704的許多部件與頭104中的部件相同，因此具有相同的附圖標(biāo)記。因此，混合頭1704具有生產(chǎn)活塞1701，該生產(chǎn)活塞1701在縮回時(shí)能夠在生產(chǎn)腔1705中生產(chǎn)材料。材料通過分配腔1717來分配，或者暫時(shí)儲(chǔ)存在該分配腔1717中。儲(chǔ)存在腔室1717中的材料可以通過輸出口1719由分配活塞1712來分配，該輸出口1719通過降低輸出控制桿1721來關(guān)閉。與主實(shí)施例相反，生產(chǎn)腔通過容納有活塞1752的圓柱形通道1751而與分配腔連接。
在生產(chǎn)循環(huán)中，活塞1752在恰好在生產(chǎn)活塞1701之前退回，然后在生產(chǎn)活塞1701剛停止生產(chǎn)之后向前運(yùn)動(dòng)。或者，混合頭1704以與混合頭104類似的方式操作。因此，應(yīng)當(dāng)理解，混合頭1704能夠以參考混合頭104所述的兩種模式來工作。
在非常高的材料注射壓力下，活塞1752在分配腔1717中的材料和位于生產(chǎn)腔1705中的噴射器之間提供了附加屏障。
總之，優(yōu)選實(shí)施例使得材料混合(開始化學(xué)反應(yīng))的速度與分配輸出材料的速度分開。試驗(yàn)表明，材料可以保持在分配腔317內(nèi)的最大時(shí)間為20秒。實(shí)施例使得材料能夠以低速(例如3克每秒或更低)分配，使用并不需要進(jìn)行清潔的設(shè)備，但是通常在50克每秒的速度生產(chǎn)輸出的材料。較低分配速度通常需要使用低壓系統(tǒng)，該低壓系統(tǒng)在清潔循環(huán)中使用有機(jī)溶劑，通常最少需要45秒，這意味著系統(tǒng)停機(jī)。因此，優(yōu)選實(shí)施例不需要使用有害的清潔材料，同時(shí)減少了停機(jī)時(shí)間。這有利于例如前述發(fā)動(dòng)機(jī)過濾器制造工業(yè)，其中，普通設(shè)備每小時(shí)可以制造1000個(gè)量級(jí)的過濾器。
在優(yōu)選實(shí)施例中，分配速度完全與混合速度分開，因此輸出速度具有很大的靈活性。因此，通過簡單改變輸出分配腔的尺寸，就可使單個(gè)機(jī)器能提供多種不同的輸出流率。
優(yōu)選實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)是，從輸出口319分配材料的壓力與在生產(chǎn)腔301中遇到的壓力無關(guān)。因此，在某些情況下，材料通過口319釋放的壓力可以大于在泡沫形成過程中在生產(chǎn)腔301中遇到的壓力。在分配材料過程中，當(dāng)閥502和552處于它們的關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，分配腔317遇到的壓力并不受泵103的影響。
在操作過程中，如果可調(diào)節(jié)分配活塞312的升起程度，則輸出分配腔的容積就可有效地改變。
提供輸出控制桿321保證當(dāng)不需要材料時(shí)不會(huì)發(fā)生泄漏。
調(diào)節(jié)材料分配速度的能力使得能夠在具體分配操作中控制和調(diào)節(jié)分配速度。因此，例如當(dāng)生產(chǎn)泡沫塑料球時(shí)，可以通過增加材料釋放速度(也可選擇降低機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的速度)而使得一部分球有更大面積。這種更大的靈活性可以增加生產(chǎn)速度，并可以減少對機(jī)器人操作的機(jī)械約束。
在標(biāo)準(zhǔn)高壓系統(tǒng)中，混合頭需要在每次澆注材料時(shí)打開和關(guān)閉。由于在生產(chǎn)活塞中因?yàn)椴鄣拿ざ瞬糠侄a(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)效應(yīng)，使混合開始和混合結(jié)束時(shí)產(chǎn)生較差沖擊的情況。因此，在流動(dòng)開始和流動(dòng)結(jié)束時(shí)通常出現(xiàn)低于標(biāo)準(zhǔn)的情況，這可能導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在材料生產(chǎn)開始和在材料生產(chǎn)結(jié)束時(shí)生成的材料在輸出分配腔中混合在一起，從而使得從輸出分配腔317釋放的材料基本均勻。而且，通過使混合物與輸出控制桿321碰撞將有助于混合。
標(biāo)準(zhǔn)高壓混合頭在需要定期維護(hù)之前執(zhí)行有限次的循環(huán)。通常，根據(jù)處理材料的類型，混合頭將進(jìn)行5,000至500,000次循環(huán)。在某些情況下，需要相對較短的突然促動(dòng)來產(chǎn)生相對較少的體積，這導(dǎo)致有效壽命較短。本發(fā)明實(shí)施例使得在生產(chǎn)腔中的促動(dòng)次數(shù)減小，從而使得在每次促動(dòng)時(shí)產(chǎn)生更多材料，然后暫時(shí)保持在輸出分配腔中。
權(quán)利要求
1.一種用于分配由在第一化學(xué)試劑和第二化學(xué)試劑之間的化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的材料的設(shè)備，包括注射裝置，該注射裝置設(shè)置成生產(chǎn)所述第一化學(xué)試劑射流和所述第二化學(xué)試劑射流，這樣，所述射流碰撞，以便產(chǎn)生所述材料；儲(chǔ)存腔，該儲(chǔ)存腔布置為提供用于材料的暫時(shí)儲(chǔ)存空間，所述儲(chǔ)存腔具有用于接收所述材料的進(jìn)口和用于分配該材料的出口；以及關(guān)閉裝置，該關(guān)閉裝置可在第一位置和第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在該第一位置，防止材料通過所述出口，同時(shí)允許材料通過進(jìn)口而裝入儲(chǔ)存腔，在該第二位置，材料能夠通過所述出口來分配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述儲(chǔ)存腔具有分配活塞，該分配活塞設(shè)置成從所述儲(chǔ)存腔分配所述材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備具有控制裝置，該控制裝置設(shè)置成控制所述分配活塞分配所述材料的速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備具有控制裝置，該控制裝置設(shè)置成控制所述分配活塞的運(yùn)動(dòng)，從而分配儲(chǔ)存材料的限定部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備具有位置檢測裝置，該位置檢測裝置設(shè)置成測量所述分配活塞沿所述儲(chǔ)存腔的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，用于分配所述材料的所述分配活塞具有第一表面，該第一表面由液壓流體作用；以及第二表面，該第二表面作用在所述材料上，且該第二表面小于所述第一表面，因此，施加在所述材料上的壓力大于施加在所述活塞上的液壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二表面的面積小于第一表面面積的一半。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述儲(chǔ)存腔具有壁，該壁限定了多個(gè)孔，且所述分配活塞設(shè)置成將積累的反應(yīng)材料通過所述孔擠出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述孔設(shè)置成由一層固化材料來堵塞，同時(shí)流體材料通過所述出口來分配。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，在分配操作過程中，所述層的一部分定期擠出。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述孔被限定于壁中，該壁具有多個(gè)凸出邊緣，以便幫助通過所述孔擠出。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述孔被限定于壁中，該壁具有冷卻裝置，用于冷卻所述腔室內(nèi)的材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述關(guān)閉裝置是具有端部的桿，該端部可運(yùn)動(dòng)至所述出口中，以便提供所述第一位置；并且可退回至所述儲(chǔ)存腔中，以便提供所述第二位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述材料以第一速度間歇產(chǎn)生，而所述材料以不同的第二速度分配。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一速度高于第二速度。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述分配材料是通過作為第一化學(xué)試劑的二醇與作為第二化學(xué)試劑的二異氰酸鹽反應(yīng)而產(chǎn)生的聚氨酯。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備設(shè)置成在材料生產(chǎn)過程中將所述關(guān)閉裝置定位在所述第一位置，且隨后在分配過程中將所述關(guān)閉裝置定位在所述第二位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備有第一工作模式，其中，它設(shè)置成在材料產(chǎn)生過程中將所述關(guān)閉裝置定位在所述第一位置，且隨后在分配過程中將所述關(guān)閉裝置定位在所述第二位置；以及第二工作模式，其中，所述設(shè)備設(shè)置成在材料生產(chǎn)過程中將所述關(guān)閉裝置定位在所述第二位置，從而使材料在生產(chǎn)過程中進(jìn)行分配。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，還包括輸入接口裝置，用于接收由可編程控制系統(tǒng)發(fā)出的指令。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述注射裝置布置成使得所述射流在具有用于控制所述反應(yīng)的活塞的生產(chǎn)腔中碰撞，且所述材料通過可由第三活塞關(guān)閉的通道而從所述生產(chǎn)腔裝入所述儲(chǔ)存腔中。
21.一種用于分配由在第一化學(xué)試劑和第二化學(xué)試劑之間的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的材料的方法，所述方法包括以下步驟注射所述第一化學(xué)試劑射流和所述第二化學(xué)試劑射流，從而使所述射流碰撞，以便產(chǎn)生所述材料；將材料暫時(shí)儲(chǔ)存在一腔室中，該腔室具有用于接收所述材料的進(jìn)口和用于分配該材料的出口；以及使關(guān)閉裝置在第一位置和第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在該第一位置，防止材料通過所述出口，在該第二位置，材料能夠通過所述出口來分配。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述儲(chǔ)存腔具有活塞，所述材料通過使所述活塞運(yùn)動(dòng)而從所述儲(chǔ)存腔分配。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，控制所述活塞分配所述材料的速度。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，控制所述活塞的運(yùn)動(dòng)從而分配儲(chǔ)存材料的限定部分。
25.根據(jù)權(quán)利要求22到24任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，用于分配所述材料的所述活塞具有第一表面，該第一表面由液壓流體作用；以及第二表面，該第二表面作用在所述材料上，且第二表面小于所述第一表面，因此，施加在所述材料上的壓力大于施加在所述活塞上的液壓。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述第二表面的面積小于第一表面面積的一半。
27.根據(jù)權(quán)利要求22至26中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述儲(chǔ)存腔具有壁，該壁具有多個(gè)孔，且所述活塞用于將積累的反應(yīng)材料通過所述孔擠出。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述孔由一層固化材料來阻塞，同時(shí)處于流體狀態(tài)的材料通過所述出口來分配。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，在分配操作過程中，所述層的一部分被定期擠出。
30.根據(jù)權(quán)利要求21至29中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述材料以第一速度產(chǎn)生，而所述材料以不同的第二速度分配。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述第一速度高于第二速度。
32.根據(jù)權(quán)利要求21至31中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述分配材料是通過作為第一化學(xué)試劑的二醇與作為第二化學(xué)試劑的二異氰酸鹽反應(yīng)而制成的聚氨酯。
33.根據(jù)權(quán)利要求21至32中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在材料生產(chǎn)過程中，所述關(guān)閉裝置定位在所述第一位置，且在分配過程中，所述關(guān)閉裝置定位在所述第二位置。
34.根據(jù)權(quán)利要求21至33中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，材料這樣分配在材料生產(chǎn)過程中，通過使所述關(guān)閉裝置定位在所述第一位置而處于第一工作模式，且隨后在分配過程中，使所述關(guān)閉裝置定位在所述第二位置；以及在所述材料生產(chǎn)過程中，使所述關(guān)閉裝置定位在所述第二位置而處于第二工作模式，從而使材料在生產(chǎn)過程中進(jìn)行分配。
35.根據(jù)權(quán)利要求21至34中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在可編程控制系統(tǒng)的輸入界面處接收指令。
全文摘要
一種設(shè)備(104)，用于分配由在第一化學(xué)試劑和第二化學(xué)試劑之間的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的材料。該設(shè)備包括注射裝置(306)，該注射裝置設(shè)置成產(chǎn)生第一化學(xué)試劑射流和第二化學(xué)試劑射流，從而使射流碰撞，以便產(chǎn)生材料。該設(shè)備還包括儲(chǔ)存腔(317)和關(guān)閉裝置(321)。該儲(chǔ)存腔布置成提供用于材料的暫時(shí)儲(chǔ)存空間，且具有用于接收所述材料的進(jìn)口和用于分配該材料的出口(319)。該關(guān)閉裝置可在第一位置和第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在該第一位置，防止材料通過存儲(chǔ)腔的出口，同時(shí)允許材料通過進(jìn)口而裝入儲(chǔ)存腔，在該第二位置，材料能夠通過所述出口來分配。
文檔編號(hào)B01F5/02GK1688423SQ03824372
公開日2005年10月26日 申請日期2003年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月18日
發(fā)明者沙恩·里察·胡敦 申請人:沙恩·里察·胡敦