Vorrichtung zum Herstellen und Dosieren von aus vorzugsweise miteinander reagierenden, flüssigen Stoffen bestehenden Gemischen
Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Herstellen und Dosieren von aus vorzugsweise miteinander reagierenden, flüssigen Stoffen bestehenden Gemischen, insbesondere sog. Reaktionslacken bzw. -kitten. Diese Gemische, die beispielsweise aus einem Kunstharz und einem sog. Härter hergestellt sein können (Zweikomponenten-Harze), verändern infolge der zwischen ihren Komponenten vom Zeitpunkt der Mischung an einsetzenden chemischen Reaktion unter Umständen sehr schnell ihre Konsistenz. Sie können, je nach der gewählten Zusammensetzung, schon binnen einer Reaktionsdauer in der Grössenordnung von einigen Minuten vom leichtflüssigen in einen zähflüssigen Zustand übergehen oder gar mehr oder weniger vollständig erhärten.
In den letzteren Zuständen sind sie dann nicht mehr verarbeitbar.
Wegen der genannten Eigenschaft gewinnen die Reaktionslacke und -kitte für die moderne Fertigungstechnik als Mittel zum Festkitten, Abdichten, Vergie ssen oder elektrischen Isolieren und dergleichen von Einzelteilen oder kleineren Baueinheiten oder auch für das Verspritzen zunehmendes Interesse, weil die entsprechenden Arbeitsgänge ja nur ganz kurze Zeit beanspruchen und daher ohne Schwierigkeit in eine Reihenfertigung einzuordnen sind. Gleichwohl haben sich die Reaktionslacke und -kitte bisher nicht in nennenswertem Umfang einführen können, weil Geräte zu ihrer Verarbeitung, die ihrem besonderen Verhalten angepasst wären, nicht auf dem Markt sind.
Diese Geräte zum Mischen und Dosieren der Reaktionslacke und -kitte müssen die Mischungskomponenten entsprechend einem festgelegten Mischungsverhältnis laufend oder absatzweise genau abmessen und sie alsdann so schnell miteinander mischen und abgeben, dass sie mit Sicherheit noch verarbeitbar sind. Die für diesen letzteren Schritt äusserst verfügbare Zeitspanne, die sog. Topfzeit , ist definiert als die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt der Mischung und dem Zeitpunkt, an dem das Gemisch eine Viskosität von 15 000 bzw. 50 000 cps erreicht. Sie ist naturgemäss etwas kleiner als die oben erwähnte Zeitspanne bis zum Zähwerden oder Erhärten, liegt aber in der gleichen Grössenordnung von beispielsweise einigen Minuten.
Die eben erwähnte Forderung besagt nun, dass die Zeitspanne, während der ein fertiger Anteil des Gemisches innerhalb des Misch- und Dosiergerätes verbleibt, die sog. Verweilzeit , merklich kleiner sein muss als die Topfzeit. Das gilt insbesondere auch dann, wenn das fertige Gemisch nur absatzweise abgegeben wird.
Wird dieser Forderung nicht völlig entsprochen, so werden Teile des Gemisches innerhalb des Gerätes ausreagieren und dann als zähe oder feste Hindernisse den Durchfluss des Gemisches und gegebenenfalls die Bewegung von Rühreren und dergleichen stören oder aufhalten, was binnen kürzester Zeit zu einer Betriebsunterbrechung führt und es notwendig machen kann, das Gerät zu zerlegen und umständlich zu reinigen oder gar zu reparieren. Es kann, je nachdem welche Mengen noch reaktionsfähiger Stoffe in einem solchen Fall im Gerät verbleiben, durch die unter Umständen sehr beträchtliche Reaktionswärme auch noch zu schädlichen Erhitzungen oder gar zu Bränden kommen.
Nach der Erfindung wird nun ein Gerät vorgeschlagen, das sehr einfach gebaut ist und trotzdem allen zu stellenden Forderungen gerecht wird. Dieses Gerät nach der Erfindung besteht aus einer Mischeinrichtung mit fest begrenztem, engem Mischraum von geringem Volumen, dem die einzelnen Mischungskomponenten getrennt durch Zumesseinrichtungen zugeführt werden und aus dem das fertige Gemisch ver möge des Förderdruckes dieser Zumesseinrichtungen austritt.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den wesentlichen Teil eines Gerätes nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Draufsicht in Richtung II nach Fig. 1,
Fig. 3 schematisch eine Ubersicht über eine Einrichtung mit dem Gerät nach der Erfindung.
Im oberen Teil der Fig. 1 ist die Mischeinrichtung zu sehen. Mit 1 ist hier ein im wesentlichen zylindrischer Mantel mit durchgehender Längsbohrung 2 bezeichnet, mit 3 ein diese oben abschliessender, mit dem Mantel 1 verschraubter Kopfteil, dessen konische Ausbohrung 4 sich gleichachsig an die Bohrung 2 des Mantels 1 anschliesst. In den letzteren ist ein dickwandiges Glasrohr 5 eingesetzt, das über passende Dichtungen zwischen einer Schulter 6 der Mantelbohrung 2 und dem Kopfteil 3 gehalten ist und zusammen mit fensterartigen Durchbrüchen 7 im Mantel 1 den Blick in dessen Inneres freigibt. Die zylindrische Innenwand 8 des Glasrohres 5 und der untere, engere Abschnitt 9 der Mantelbohrung 2 haben dabei den gleichen Durchmesser, so dass sich eine durchgehende, glatte, zylindrische Innenwandung 8, 9 ergibt.
Im Innenraum 2, 4 des Mantels kann sich mit geringem, annähernd gleichmässigem Luftspalt eine aussen glatte, unten zylindrische und nach oben der Form der Kopfteilbohrung 4 entsprechend konisch zulaufende Walze 10 drehen, die hohl und deren Hohlraum 11 unten durch einen hart eingelöteten Boden
12 mit anschliessender Hohlwelle 13 abgeschlossen ist.
Die Mischwalze 10, 12, 13 ist mit der Hohlwelle
13 genau passend aber lösbar in eine Hülse 14 eingesteckt. Sie ist dabei durch einen in eine Nut 15 an der Hohlwelle 13 eingreifenden Mitnehmerstift 16 an der Hülse 14 gegen Verdrehen gesichert und durch Schulteranlage bei 17 in der Hülse 14 in axialer Richtung gegen diese einseitig, das heisst so festgelegt, dass sie aus der Hülse 14 nur nach oben herausziehbar ist.
Die Hülse 14 und damit auch die eingesteckte Mischwalze 10, 12, 13 ist mittels Kugellagern 18, 19 in üblicher, aus der Zeichnung im einzelnen zu ersehender Weise in einem sich an den Mantel 1 anschliessenden zylindrischen Gehäuse 20 gelagert.
Das Lagergehäuse 20 ist lösbar in die im untersten Teil abgesetzte Bohrung des Mantels 1 eingesteckt.
Die beiden Teile liegen ausserdem mit Planflächen 21, 22 an beiderseitigen Flanschen 23, 24 aneinander und sind (vgl. auch Fig. 2) durch einen die Flanschen 23, 24 umfassenden, zweiteiligen, nach Lösen von ausschlagbaren Schraubverbindungen 25, 26 und 27, 28 leicht zu öffnenden Spannring 29, 30 aneinander befestigt.
Zwischen einer Schulter 31 im Lagergehäuse 20 und einer weiteren Schulter 32 in der Mantelbohrung 2 ist ein Dichtungsring 33 gehalten, dessen nach innen gerichtete Dichtlippe 34 die Hohlwelle 13 umfasst und der bei 35 mit einem dicht anliegenden, elastischen, chemisch resistenten Mittel (z. B. Silikongummi) ausgefüllt ist. Der Dichtungsring 33 dichtet den im Betrieb unter Überdruck stehenden Ringspalt 36 zwischen den Gehäuseteilen 1, 3 und der Mischwalze 10, 12, 13 gegen das Innere des Lagergehäuses 20 ab; die Ausfüllung 35 dient lediglich dazu, schädliche tote Winkel auszuschalten.
Die beschriebene Anordnung erlaubt es, den aktiven Teil des Gerätes (3, 1, 10, 12, 13, 33) nach Lösen des Spannringes 29, 30 vom Lagergehäuse 20 ab- bzw. aus der Hülse 14 herauszuheben und ihn anschliessend ohne Lösen weiterer Verbindungen zwecks Reinigung zu zerlegen.
Mit dem Lagergehäuse 20 ist ein Gehäuse fest verschraubt, das ein aus einem Zahnrad 37 und einem Ritzel 38 bestehendes Getriebe und Kühlwasseranschlüsse für die hohle Mischwalze 10, 12, 13 aufnimmt. Das Gehäuse besteht aus zwei in nicht dargestellter Weise miteinander verbundenen äusseren Teilen 39, 40 und einem dazwischen eingespannten Zwischenring 41. Das Zahnrad 37 sitzt innerhalb der oberen, mit dem Lagergehäuse 20 verschraubten Gehäusehälfte 39 fest auf der dort endigenden Hülse 14, das Ritzel 38 an einer im unteren Gehäuseteil 40 gelagerten und aus ihm mit einem kurzen Stumpf 42 herausragenden Welle 43.
Aus der Hülse 14 ragt die Hohlwelle 13 noch mit einem kurzen Ende 44 nach unten heraus und in eine zentrale, nach oben offene Bohrung 45 der unteren Gehäusehälfte 40 hinein. Die Bohrung 45 ist oben dicht abgeschlossen durch einen zwischen dem Zwischenring 41 und dem Gehäuseteil 40 gehaltenen, das Wellenende 44 dicht umfassenden Dichtring 46 und ausserdem mit einem Kühlwasseranschluss 47 versehen. Ein weiterer Kühlwasseranschluss 48 am Gehäuseteil 40 führt zu einem in den Boden 49 der Bohrung 45 eingesetzten und durch die Hohlwelle 13 bis in den Hohlraum 11 der Mischwalze 10, 12, 13 hineinreichenden Rohr 50.
Der Kreislauf des Kühlwassers führt vom Einlass 48 über das Rohr 50 durch den Innenraum 11 der Mischwalze 10, 12, 13 und von dort durch den Ringspalt zwischen Rohr 50 und Hohlwelle 13 und die Bohrung 45 zum Auslass 47.
An die untere Gehäusehälfte 40 schliesst sich in im einzelnen nicht dargestellter Weise eine nur mit den Umrissen ihres Oberteiles angedeutete elektrische Antriebsvorrichtung 51 an, bestehend aus einem Elektromotor mit angeschlossenem, umschaltbarem Getriebe, etwa nach Art einer elektrischen Handbohrmaschine, die mit dem Wellenstumpf 42 gekuppelt ist und dem Antrieb der Mischwalze 10, 12, 13 dient.
Der schon erwähnte, durch die Gehäuseteile 1, 3, die Mischwalze 10, 12, 13 sowie den Dichtring 33 begrenzte, im wesentlichen einen Ringspalt bildende Raum 36 dient als Mischraum. Seine Spaltbreite ist überall annähernd dieselbe, welchem Zweck auch die Ausfüllung 35 im Dichtring 33 dient. Der Mischraum ist hier für die Zufuhr von zwei Mischungskomponenten eingerichtet. Als Zuleitungen für diese dienen zwei an bzw. nahe dem unteren Ende des Mischraumes 36 einmündende radiale Kanäle 52, 53 im Mantel 1, die in axialer Richtung um einen kleinen Abstand und auf dem Umfang des Mantels 1 um einen Winkel von 180 gegeneinander versetzt sind.
Eine Abflussbohrung 54 befindet sich im Kopfteil 3 an der obersten Stelle des Mischraumes 36; sie mündet nach aussen in einen kegeligen Stutzen 55, auf den in nicht dargestellter Weise kurze, unmittelbar zur Stelle des Verbrauches führende Düsen oder Leitungen aufgesteckt werden können.
Die Kanäle 52, 53 setzen sich in ebenso bezeichnete Leitungen innerhalb zweier gleichgestalteter, aussen am Mantel 1 angeflanschter Leitungsträger 56, 57 fort und sind dort jeweils über weitere Leitungen an in Fig. 1 nur durch die Bezugszahlen 58 und 59 angedeutete Zumesseinrichtungen für die Mischungskomponenten angeschlossen.
Jeder der Leitungsträger 56, 57 ist noch mit an die Leitungen 52, 53 angeschlossenen, einfachen, leicht zu zerlegenden und zu reinigenden Überdruck- ventilen 60, 61 ausgerüstet, ausserdem je mit einem Dreiweghahn 62, 63 zum Anschluss der Leitungen 52, 53 an weitere, zu einem in Fig. 1 durch die Bezugszahl 64 angedeuteten Behälter für ein flüssiges Lösungs- bzw. Reinigungsmittel führende Leitungen.
Eine schematische Übersicht über eine Einrichtung mit dem Gerät nach der Erfindung zeigt Fig. 3.
In dieser sind von der Mischeinrichtung nur der Gehäuseteil 1 des Mischraumes, die wiederum nur in Umrissen angedeutete elektrische Antriebsvorrichtung 51 sowie die Leitungsträger 56, 57 und die Kühlwasseranschlüsse 47, 48 bezeichnet. Von den Leitungsträgern 56, 57 bzw. von den dortigen Dreiweghahnen laufen in der zuvor geschilderten Weise Leitungen zu dem gemeinsamen Vorratsgefäss 64 für ein flüssiges Lösungs- bzw. Reinigungsmittel, das mit geeigneten, nicht dargestellten Mitteln zum Fördern des letzteren in den Mischraum versehen ist. Ausserdem führen, wie ebenfalls schon beschrieben, von den Leitungsträgern 56, 57 Leitungen zu den aus Vorratsbehältern 65, 66 gespeisten Zumesseinrichtungen 58, 59 für die Mischungskomponenten.
Als solche Zumesseinrichtungen dienen hier Pumpen mit einstellbarer Fördermenge von der Bauart der Brennstoffeinspritzpumpen für Brennkraftmaschinen, sog. Press- oder Dosierpumpen, die in bekannter Weise mit Entlüftungseinrichtungen für die geförderten Flüssigkeiten versehen sind. Die nicht wiedergegebenen Antriebswellen der Pumpen 58, 59 sind bei 67 gekuppelt, so dass beide Pumpen synchron von einem elektrischen Antriebsmotor 68 angetrieben werden können.
Die Pumpen 58, 59 sind zum Regeln der Fördermenge in üblicher Weise mit Regelstangen 69, 70 ausgerüstet. Diese sind bei diesem Beispiel fest eingestellt, so dass sie je Hub bestimmte Volumina der von ihnen geförderten Mischungskomponenten abgeben, womit von selbst auch ein konstantes Mischungsverhältnis festgelegt ist.
Der Antriebsmotor 68 kann über beliebige Regelund Schaltmittel beeinflusst werden; er kann insbesondere gegebenenfalls entsprechend dem Takt einer Fertigungsstrasse, an der das Gerät nach der Erfindung verwendet wird, gesteuert sein. Im letzteren Fall kann es genügen, wenn, wie im vorliegenden Beispiel, die Drehzahl des Antriebsmotors 68 konstant, und zwar so eingestellt wird, dass die Dauer einer Umdrehung des Motors bzw. der Pumpen dem Arbeitstakt gleich ist (ein Pumpenhub je Arbeitstakt). Die Dosierpumpen können auch nach dem start-stop-Prinzip angetrieben werden oder auch so, dass bei konstanter Drehzahl die Steuerung nur auf ihre Regelstangen wirkt. Im letzteren Fall muss im allgemeinen durch geeignete Mittel für die Konstanz des Mischungsverhältnisses (das ist des Verhältnisses der zugemessenen Einzelmengen der Mischungskomponenten) gesorgt werden.
Die vorstehend beschriebene Einrichtung mit dem Gerät nach der Erfindung nach den Fig. 1-3 arbeitet nun wie folgt:
Der Mischraum 36 erhält die zu mischenden Komponenten von den Zumesspumpen 58, 59 über die Kanäle 52, 53 zugeführt. Da deren Einmündungen in den Mischraum in der schon geschilderten Weise gegeneinander versetzt sind, so kann etwa über den Kanal 52 die leichtere, weniger viskose der beiden Mischungskomponenten, beispielsweise der Härter, dem unteren Teil des Mischraumes zugeleitet werden, die viskosere, weniger leicht lösliche Komponente, also das Harz, dagegen über den Kanal 53 einem weiter oben liegenden Abschnitt des Mischraumes.
Dann ist im Bodenteil des Mischraumes 36 mit der anliegenden Dichtung 33, in dem die Rührwirkung naturgemäss nicht so vollständig sein kann wie im Spaltraum zwischen dem Mantel 1 und der Walze 10, in der Hauptsache nur eine Komponente, aber kein reagierendes Gemisch anwesend, womit Störungen durch feste Ablagerungen insbesondere an der empfindlichen Dichtstelle gegen die Hohlwelle 13 hintangehalten sind.
In der im Mischraum 36 enthaltenen Flüssigkeit entstehen durch die Mitnehmerwirkung der von der elektrischen Antriebsvorrichtung 51 angetriebenen Mischwalze 10, 12, 13 Scherspannungen, die eine starke Rührwirkung hervorbringen. Da der Spaltraum 36 ziemlich eng gemacht werden kann, greift diese Rührwirkung gleichmässig durch ihn hindurch und führt zu einer sehr intensiven Durchmischung der Komponenten, die durch das Glasrohr 5 hindurch laufend überwacht werden kann.
Das fertige Gemisch tritt, da der Mischraum 36 allerseits von festen bzw. praktisch festen Wänden begrenzt ist, aus dem unter dem Förderdruck der Zumesspumpen 58, 59 über den Kanal 54 und den Stut- zen 55 sowie eventuell angeschlossenen Düsen oder Leitungen zur Verarbeitungsstelle aus. Hierbei ist es von Bedeutung, dass vermöge der geringen und gleichmässigen Spaltbreite des Mischraumes, dessen Inhalt laufend gleichmässig ausgeschoben wird, ohne dass Teile des Gemisches über die zulässige Zeit dort verweilen und ausreagieren können. Hierin liegt der besondere Vorteil des Gerätes nach der Erfindung.
Da sich fast die ganze Rührarbeit in Wärme verwandelt, und da ausserdem die schon im Mischraum beginnende Reaktion der Komponenten im allgemeinen noch zusätzliche Wärme erzeugt, so würde ohne Wärmeabfuhr die Temperatur der Mischung unter Umständen stark ansteigen mit der Folge, dass sich die Topfzeit und damit auch die zulässige Verarbeitungszeit in unkontrollierbarer Weise verändern würden. Zur Wärmeabfuhr dient daher im vorliegenden Beispiel der schon beschriebene Kühlmittelkreislauf 48-47 durch das Innere der Mischwalze 10, 12, 13.
Die Spaltbreite im Mischraum 36 wird vorzugsweise in der Grössenordnung von einigen Zehntelmillimetern, ungefähr zu 0,1-1,0 mm gewählt, der Durchmesser der Mischwalze bei 10 in der Grössenordnung von 30 mm. Dabei hat sich bei mittelgrosser Viskosität des Gemisches eine Drehzahl der Mischwalze in der Grössenordnung von 3001min als zweckmässig erwiesen. Bei diesen Abmessungen bzw. Daten ist die Rührwirkung sehr gut, so dass die Länge des Mischraumes klein, beispielsweise in der Grössenordnung von 60 mm, gehalten werden kann.
Bei einer Mischeinrichtung mit den vorstehend genannten ungefähren Abmessungen lässt sich das Gesamtvolumen des Mischraumes leicht auf ungefähr 3,0 cm begrenzen. Wird nun beispielsweise je Arbeitstakt eine Einzelabgabe von 0,05 cm3 gefordert (entsprechend der Summe der von beiden Pumpen 58, 59 zusammen je Hub geförderten Einzelmengen), so folgt daraus, dass in dem Mischraum von 3,0 cm3 Rauminhalt 3,010,05=60 Einzelabgaben Platz haben.
Bei einem Arbeitstakt von 10 sec wird somit für einen Durchsatz entsprechend dem Volumen des Mischraumes eine Zeit von 60 X 10 sec = 600 sec = 10 min benötigt. Diese Zeit ist annähernd gleich der (mittleren) Verweilzeit eines fertigen Gemischteiles im Mischraum. Da die Verarbeitungszeit nur ganz wenig grösser ist als diese Verweilzeit von 10 min, so ist im vorliegenden Fall ein Gemisch mit einer Topfzeit von nur 20 min einwandfrei verwendbar.
Mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, insbesondere mit den zahlenmässigen Angaben, ist die Erfindung selbstverständlich nicht erschöpft:
Nach dem Prinzip der Erfindung ist es insbesondere auch möglich, mehr als zwei Komponenten zu verarbeiten. Ferner können bei entsprechenden Abmessungen der Mischeinrichtung und mit leistungsfähigeren Zumesseinrichtungen auch Geräte für einen weit grösseren Durchsatz gebaut werden, die beispielsweise für die Speisung von Lackspritzeinrichtungen geeignet sind. Bei solchen grösseren Geräten muss unter Umständen auch der Mantel des Mischraumes noch mit einer Kühleinrichtung versehen werden.
Es sind auch Fälle denkbar, bei denen es entgegen den oben dargelegten, in der Regel geltenden Gesichtspunkten zweckmässig sein kann, das Gemisch auf einer höheren Temperatur zu halten und dazu mindestens einen der den Mischraum begrenzenden Teile mit einer Heizeinrichtung zu versehen. Endlich ist es auch möglich, Mischraum und Mischwalze nicht zylindrisch, sondern kegelförmig zu gestalten. In diesem Fall können zwecks Veränderung der Spaltbreite Mantel und Mischwalze axial gegeneinander verschieb- und feststellbar gemacht werden.