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Die
Erfindung betrifft eine mobile Vorrichtung zum Mischen und Austragen
hochviskoser Massen, insbesondere reaktiver Mehr-Komponenten-Gemische,
wie z. B. Zwei-Komponenten-Klebstoffe.
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Bei
der Entwicklung von Vorrichtungen zum Mischen und Austragen von
hochviskosen Mehr-Komponenten-Massen treten verschiedene Probleme
auf. Die Verarbeitung von hochviskosen Zwei-Komponenten-Klebstoffen
stellt die größten Anforderungen,
da ein Aushärten
der Klebmasse im Inneren der Vorrichtung diese unbrauchbar macht.
Daher erfolgt nach dem Stand der Technik der Mischvorgang beider
Komponenten in einer auswechselbar gestalteten Düse.
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Hierzu
gibt es zwei prinzipiell verschiedene Systeme, nämlich statische und dynamische
Mischeinrichtungen.
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In
der
DE 31 51 664 C2 wird
eine dynamische Mischdüse
vorgeschlagen, eine so genannte Aktivierschnecke, welche durch eine
Drehbewegung in einem Düsengehäuse für eine Durchmischung
der Komponenten sorgt. Durch eine Feder stellt sich der Ringspalt
zwischen Schnecke und Gehäuse
auf die Viskosität
der Masse ein. Dynamische Mischdüsen benötigen eine
sehr aufwendige Mechanik zum Antreiben der Mischeinrichtung. Zudem
wird die Mischdüse
und damit auch die Mischmechanik nach dem Aushärten des Klebstoffes in der
Regel unbrauchbar, oder eine aufwendige Reinigung wird notwendig. Dies
verursacht hohe Betriebskosten.
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Aufgrund
der vorgenannten Nachteile rückten
statische Mischeinrichtungen mehr in den Vordergrund. So wird in
der
EP 0 782 886 B1 eine
solche in Form einer Düse
vorgeschlagen, die zum Durchmischen der Komponenten schräggestellte
Plättchen, in
die Schlitze eingelassen sind, aufweist. Im Allgemeinen besteht
der Nachteil statischer Mischlösungen
in einem wesentlich erhöhten
Strömungswiderstand
und einer, zum Teil nicht ausreichenden Durchmischung, aufgrund
mischresistenter Strömungsfäden. Dieser
Tendenz kann durch eine lange Mischkammer entgegengewirkt werden.
So wird in der
EP 1
312 409 A1 eine Rohrmischvorrichtung vorgestellt, welche
neben einem guten Mischresultat entsprechend lange Abmaße aufweist.
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Diese
Mischeinrichtungen bzw. Düsen
haben allerdings das prinzipielle Problem, dass die Handhabung der
Vorrichtung, bedingt durch die Bauform insbesondere bei technologischen
Zwangspositionen, wie beim Kleben in in Über-Kopf-Position erschwert
wird.
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In
der
EP 1 533 021 A1 wird
eine Mischvorrichtung vorgestellt, welche trotz eines statischen Mischprinzips
kleine Abmessungen aufweist. Allerdings ist für diese Vorrichtung ein sehr
hoher Eingangsdruck von ca. 150 bar notwendig, um eine ausreichende
Durchmischung und Austragsgeschwindigkeit zu erzielen.
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In
der
DE 87 09 753 U1 wird
eine handgeführte,
motorisch angetriebene Einrichtung zum Dosieren und Mischen von
wenigstens zwei Substanzen beschrieben. Die Einrichtung hat Aufnahmetaschen
für Kartuschen,
die die miteinander zu vermischenden Substanzen enthalten, aus denen
die jeweilige Substanz mit Hilfe eines Anpressglieds herausgedrückt wird,
wobei jede Substanz über
eine Zuleitung einem Mischer zugeführt wird. Die Anpressglieder
sind mittels eines zentral über
die Ankerwelle des Antriebsmotors angetriebenes Antriebselement betätigbar.
Die Lösung
ist jedoch nur für
das Auspressen hochviskoser Massen mittels dynamischer Mischdüsen geeignet.
Zudem müssen
die Anpressglieder die innere Reibung der gesamten hochviskosen
Masse überwinden,
was zu einem hohen Energieverlust führt.
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In
der
DE 38 23 708 C2 wird
eine der
DE 87 09 753
U1 entsprechende Einrichtung zum Dosieren und Mischen von
wenigstens zwei Substanzen vorgestellt, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass die Verschlussmembranen der Kartuschen automatisiert entfernt
werden.
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In
der
DE 29 49 368 A1 wird
ein Gerät
zum dosierten Abgeben von Ein- oder Mehrkomponentenmassen vorgeschlagen,
wobei die Massen mittels eines, mit einem Treibmittel füllbaren
Schlaucher aus ihrem rohrförmigen
Behälter
gepresst werden. Das Gerät
muss jedoch, aufgrund der hohen Drücke, die übertragen werden, sehr stabil
und damit schwer ausgeführt
werden. Zudem ist nach dem Auspressen von Mehrkomponenten-Klebemassen eine
aufwendige Reinigung des Gerätes
und des Schlauches notwendig, was einen dauerhaften Einsatz erschwert bzw.
unmöglich
macht.
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In
der
DE 20 2004
002 186 U1 wird eine Akku-Kartuschenpumpe beschrieben,
bei der mittels eines Kompressors Druck aufgebaut wird, mit dem eine
Klebe-/Dichtmasse ausgepresst wird.
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Eine
Mischfunktion ist jedoch nicht vorgesehen, weshalb die Kartuschenpumpe
für das
Austragen von Mehrkomponentenmassen nicht geeignet ist.
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Gleiches
gilt für
die in der
EP 0 998
983 A2 vorgeschlagene Vorrichtung, welche durch Druckluft aus
einem Druckluftanschluss eine Masse über einen Kolben auspresst.
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Auch
das in der
DE 198
50 495 A1 vorgestellte Gerät zum Auspressen ein- oder
mehrkomponentiger Massen nutzt eine mittels einer Exzentermechanik
zu bewegende Kolbenstange zum Auspressen. Durch die hohen Kräfte, die über die
Exzentermechanik übertragen
werden müssen,
ist das Gerät jedoch
sehr stabil ausgeführt,
was zu hohen Fertigungskosten einhergehend mit einem großen Gewicht
führt.
Zudem hat das Gerät
einen hohen Energieverlust, da der zum Auspressen nötige Druck
entgegen der inneren Reibung der gesamten hochviskosen Massen aufgebracht
wird.
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In
der täglichen
Praxis besteht der Bedarf nach einer kleinen, leichten und vor allem
mobilen Vorrichtung zum Mischen und Austragen von Mehr-Komponenten-Massen,
insbesondere bei der Montage von Fahrzeugscheiben. Aufgrund des
sehr hohen Eingangsdrucks, den statische Mischdüsen benötigen, haben solche Vorrichtungen
einen hohen Energiebedarf, der die Kapazitäten handelsüblicher Akkumulatoren schnell
erschöpft.
Zusätzlich
erfordert der erwähnte
hohe Eingangsdruck eine hinreichende mechanische Eigensteifigkeit
der Vorrichtung, die zu einem großen Eigengewicht derselben führt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mobile Vorrichtung zum
Mischen und Austragen von hochviskosen Massen, insbesondere reaktiver Mehr-Komponenten-Gemische,
vorzuschlagen, welche keine Versorgungsleitungen benötigt, kleine
Abmaße
und ein geringes Gewicht aufweist und welche einen sehr hohen Druck
für eine
nachgeordnete Mischeinrichtung, insbesondere eine statische Mischdüse, bereitstellt.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe gelöst durch
die Merkmale des Hauptanspruches. Weiterbildungen der Erfindung
sind Gegenstand der rückbezogenen
Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
besteht aus mindestens zwei Materialkammern, einem Antrieb, einem
Griff mit Schalter, einem Akkumulator, einer Druckeinrichtung, einer Fördereinrichtung/zweite Druckstufe
und einer Mischvorrichtung, z. B. einer Mischdüse entsprechend
EP 1 533 021 A1 .
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Der
notwendige Hochdruck zum Einpressen der Masse in eine statische
Mischvorrichtung wird erfindungsgemäß in zwei Stufen aufgebracht.
Die erste Stufe besteht darin, dass nach dem Einschalten der Vorrichtung
die Druckeinrichtung die Materialkammern rückseitig mit Druck beaufschlagt.
Diese erste Druckstufe dient dazu, die Komponenten der nachgeordneten
Fördereinrichtung,
welche die zweite Druckstufe darstellt, zuzuführen. Diese hat einen Antrieb.
Die zweite Druckstufe führt
die Komponenten in einem dafür
vorgesehenen Behältnis
mit einer bestimmten Dosierung zusammen, verdichtet sie weiter und
presst sie in die Mischvorrichtung. In der Mischvorrichtung werden
die Komponenten homogen durchmischt und anschließend ausgetragen.
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Die
gestufte Druckerzeugung über
Druckeinrichtung und zweite Druckstufe ist sehr energieeffizient,
da der Hochdruck nur lokal auf die zu verdichtenden Massen in dem
Behältnis,
in welchem die Massen zusammengeführt werden, wirkt. Reibungs-
und Druckverluste werden somit minimiert. Da nur der Zylinderbereich
hochdruckstabil sein muss, hat die Vorrichtung ein vergleichsweise
geringes Eigengewicht.
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In
einer vorzugsweisen Ausgestaltung ist der Antrieb ein Elektromotor.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
hat die zweite Druckstufe mehrere Zylinder mit darin befindlichen
Kolben und zum Antrieb eine Exzentermechanik.
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In
einer Ausführung
ist die Druckeinrichtung ein Kompressor, der Luft rückseitig
in die Materialkammern presst.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist die Druckeinrichtung eine wechselbare
Gashochdruckkartusche, welche, über
ein Ventil gesteuert, die Materialkammern rückseitig mit Druck beaufschlagt.
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Vorteilhaft
sind die Materialkammern an die Form handelsüblicher Schlauchbeutel zur
Verpackung von Mehr-Komponenten-Gemischen angepasst, um diese formschlüssig aufzunehmen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, welche insbesondere
bei der Verarbeitung von Zwei-Komponenten-Klebstoff Anwendung findet, sind
alle Teile, die mit einer aushärtenden
Komponente in Berührung
kommen, auswechselbar gestaltet, da diese durch die ausgehärtete Komponente
unbrauchbar werden.
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In
einer alternativen Ausgestaltung sind alle Teile der Vorrichtung,
die beim Gebrauch mit den Komponenten in Berührung kommen, auswechselbar
ausgebildet.
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In
einer alternativen Ausgestaltung erfolgt die Energiezufuhr über Versorgungsleitungen,
um bei längeren
Arbeitszyklen ein häufiges
Wechseln des Akkumulators zu vermeiden.
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Anhand
beigefügter
Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 geschnittene
Seitenansicht der Klebstoffpistole,
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2 Explosionszeichnung
der zweiten Druckstufe in Kavaliersperspektive von vorn,
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3 Explosionszeichnung
der zweiten Druckstufe in Kavaliersperspektive von hinten,
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4 Explosionszeichnung
der Exzentermechanik.
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5 Prinzipskizze
des Materialflusses.
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1 zeigt
eine Klebstoffpistole für Zwei-Komponenten-Klebstoffe,
welche von einem Gehäuse 10 umgeben
ist. An dessen Vorderseite befindet sich eine Düse 1. Diese ist mit
einer zweiten Druckstufe 2 im Inneren des Gehäuses 10 verbunden.
Weiterhin befindet sich im Inneren des Gehäuses 10 eine zylinderförmige Materialkammer 3 für die Komponente
A des Klebstoffes, eine zylinderförmige Materialkammer 4 für die Komponente
B des Klebstoffes, ein Antrieb 5 und eine Druckeinrichtung 6. Der
Antrieb 5 ist als Elektromotor und die Druckeinrichtung 6 als
Kompressor ausgebildet.
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Die
beiden Materialkammern 3 und 4 haben auf der Seite
der zweiten Druckstufe 2 jeweils eine Vorrichtung zum Aufbrechen
der Klebstoffschläuche. Unten
schließt
sich an das Gehäuse 10 ein
Griff 7 an. An der Unterseite des Griffes 7 befindet
sich ein Akku 8. Im oberen Bereich hat der Griff einen
Schalter 9.
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2 zeigt
eine Explosionszeichnung der zweiten Druckstufe 2. Die
Düse 1 ist
an einem vorderen Deckel 21 befestigt. Dieser ist über Scharniere 22 mit
einer Deckplatte 23 klappbar verbunden.
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Im
Wesentlichen besteht die zweite Druckstufe 2 aus einer
Exzentermechanik 28, einem darunter angeordneten Zylinder 26 der
Komponente B mit einem darin befindlichen Kolben 261, einem über der Exzentermechanik 28 befindlichen
Zylinder 25 der Komponente A mit einem darin befindlichen
Kolben 251, einem über
dem Zylinder 25 angeordneten Behälter 24 in dem die
Massen zusammengeführt
werden (im Folgenden aufgrund der Form Zylindereinsatz genannt),
welcher über
einen Schnellverschluss 29 mit dem Zylinder 25 der
Komponente A verbunden ist.
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Der
Zylindereinsatz 24 weist eine Austrittsöffnung 241 zur Düse 1 auf.
Der Zylinder 26 der Komponente B ist über einen Kanal 27 mit
dem Zylindereinsatz 24 verbunden. Zwischen dem Zylinder 26 und dem
Kanal 27 befindet sich ein Kugelventil, welches den Zylinder 26 bei
kanalseitigem Überdruck
abdichtet. In der 2 ist der Kanal 27 als
gestricheltes Linienpaar dargestellt, da dieser nicht sichtbar im
vorderen Deckel 21 integriert ist.
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In
die zweite Druckstufe 2 (siehe 1) sind zwei
Adapter 30 und 31 integriert, welche bei geschlossenem
Deckel 21 eine dichte Verbindung zwischen zweiter Druckstufe 2 und
den Materialkammern 3 und 4 herstellen.
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3 zeigt
die Rückansicht
der zweiten Druckstufe 2. An der Austrittsöffnung 241 des
Zylindereinsatzes 24 (siehe 2) befindet
sich eine Rückschlagklappe 242.
In dem Adapter 30 der Komponente A befindet sich eine schlitzförmige Austrittsöffnung 301.
Die Exzentermechanik 28 (siehe 2) hat einen
Exzenterantrieb 283 (siehe 4), welcher rückseitig
eine Kupplung 287 zur Verbindung mit der Welle des Elektromotors 5 (siehe 1)
aufweist. Auf dem Exzenterantrieb 283 befindet sich ein
hinteres Lager 281, welches durch einen Lagerschild 286 befestigt
wird. In der 3 sind zur besseren Einsichtnahme
der Lagerschild 286 und der vordere Deckel 21 von
der zweiten Druckstufe 2 beabstandet dargestellt. Vorn
hat der Exzenterantrieb 283 ein Gleitstück 282, welches in
einer Führung 285 vertikal beweglich
gelagert ist.
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4 zeigt
eine Explosionszeichnung der Exzentermechanik 28. Rückseitig
befindet sich das Lager 281, daran schließt sich
der Exzenterantrieb 283 an. Zwischen dem Exzenterantrieb 283 und
dem Gleitstück 282 befindet
sich ein Nadellager 288 zur Minimierung der Reibkräfte zwischen
dem Exzenterantrieb 283 und dem Gleitstück 282.
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Vorderseitig
hat der Exzenterantrieb 283 einen exzentrisch angeordneten
Lagerbolzen 289, auf dem sich ein vorderes Lager 284 befindet,
welches im zusammengebauten Zustand in den vorderen Deckel 21 eingepasst
ist. Das Gleitstück 282 hat
obenseitig eine Befestigungsbohrung 2821 für den Kolben 251 des
Zylinders der Komponente A 25 und untenseitig eine Befestigungsbohrung 2822 für den Kolben 261 des
Zylinders der Komponente B 26.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise der Klebstoffpistole erläutert:
Zur
Befüllung
der Materialkammern 3 und 4 mit den jeweiligen
Klebstoffkomponenten wird der vordere Deckel 21 nach vorn
abgeklappt und die hier nicht gezeigten Klebstoffschläuche werden
von vorn in die jeweilige Kammer eingeführt. Anschließend wird
der vordere Deckel 21 geschlossen. Dabei greift die Kupplung 287 des
Exzenterantriebs 283 in ihr Gegenstück auf der Welle des Elektromotors 5.
Anschließend
wird die Klebstoffpistole eingeschaltet. Nach dem Einschalten baut
der Kompressor 6 zunächst
Luftdruck auf, mit welchem die mit den Klebstoffkomponenten gefüllten Materialkammern 3 und 4 rückseitig
beaufschlagt werden. Durch den Druck werden die Klebstoffschläuche auf
die Vorrichtung zum Aufbrechen der Schläuche geschoben und aufgebrochen.
Anschließend
wird durch den aufgebauten Druck die Komponente A durch die Austrittsöffnung 301 des
Adapters 30 in den Zylindereinsatz 24 und den
Zylinder 25 gepresst. Analog fließt die Komponente B durch den
Adapter 31 in den Zylinder 26.
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In
einer alternativen Ausgestaltung werden die Klebstoffschläuche vor
dem Einführen
in die Materialkammern 3 und 4 aufgeschnitten.
Die Materialkammern 3 und 4 enthalten in diesem
Fall keine Vorrichtungen zum Aufbrechen der Klebstoffschläuche, sondern
trichterförmige Mundstücke, welche
die Klebstoffkomponenten zu dem Zylindereinsatz 24 und
dem Zylinder 26 weiterleiten.
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Gleichzeitig
mit dem Kompressor 6 wird der Elektromotor 5 eingeschaltet.
Dieser treibt über
die Kupplung 287 den Exzenterantrieb 283 an. Der
Exzenterantrieb formt die Rotation der Welle des Elektromotors 5 in
eine Translation des Gleitstückes 282 um den
Weg x um. Dadurch bewegt sich das Gleitstück 282 in seiner Führung 285 um
den Weg x auf und ab.
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Die
auftretenden Gegenkräfte
dieser Auf- und Abbewegung werden durch das vordere Lager 284 und
das hintere Lager 281 aufgenommen. Das Gleitstück 282 ist
obenseitig durch die Befestigungsbohrung 2881 mit dem Kolben 251 im
Zylinder 25 der Komponente A und untenseitig mit dem Kolben 261 im
Zylinder 26 der Komponente B verbunden.
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Durch
den Kompressor 6 sind die beiden Zylinder 25 und 26 rückseitig
mit Luftdruck beaufschlagt und mit den jeweiligen Komponenten gefüllt. Bei
einer Abwärtsbewegung
des Gleitstückes 282 drückt der
Kolben 261 des Zylinders 26 ein bestimmtes Volumen
der Komponente B über
den Kanal 27 in den Zylindereinsatz 24, welche
schon mit der Komponente A gefüllt
ist. Bei der anschließenden
Aufwärtsbewegung
des Gleitstückes 282 werden
durch den Kolben 251 beide in dem Zylindereinsatz 24 befindlichen Komponenten
erfasst und in die Düse 1 gepresst. Aufgrund
der Rückschlagklappe 242 kann
bei einem Druckabbau durch erneute Abwärtsbewegung des Kolbens 251 des
Zylinders 25 das eingepresste Gemisch nicht in den Zylindereinsatz 24 zurückfließen.
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Durch
die kontinuierliche Auf- und Abbewegung wird in kurzen Zeitabständen ein
bestimmtes Volumen der zusammengeführten Massen von dem Zylindereinsatz 24 in
die Mischdüse 1 gepresst.
Aufgrund der Viskosität
der Masse wird in der Mischdüse 1 der
stückweise
Volumenstrom der Massen geglättet,
so dass aus der Mischdüse 1 ein
annähernd
konstanter Volumenstrom austritt.
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Durch
das Volumenverhältnis
des Volumens des Zylinders 25 der Komponente A zu dem Volumen des
Zylinders 26 der Komponente B ist das Mischungsverhältnis definiert.
Dieses ist innerhalb bestimmter Grenzen einstellbar, zum Beispiel
durch Steuerung des Hubweges x, durch eine Änderung der Geometrie des Exzenterantriebs 283.
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Der
gemischte Klebstoff härtet
je nach Anwendungsfeld nach kurzer Reaktionszeit (ca. 7 Minuten
beim Material für
PKW-Scheiben und 30 Minuten beim Material für LKW- oder Busscheiben) aus.
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Um
ein Blockieren der Klebstoffpistole durch das ausgehärtete Zwei-Komponenten-Gemisch
zu verhindern, ist der Zylindereinsatz 24 durch die Verwendung
des Schnellverschlusses 29 einfach auswechselbar.
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Alle
anderen Teile, die mit dem Klebstoff in Verbindung kommen, sind
ebenfalls auswechselbar gestaltet. Diese Teile sind in 5 als
Bereich I gekennzeichnet. Die Klebstoffpistole ist dauerhaft einsetzbar.
Nach dem Aufbrauchen eines Paares Schlauchbeutel (Zwei-Komponenten-Klebstoff)
wird die Klappe 21 abgeklappt, der Zylindereinsatz 24 unter
Verwendung des Schnellverschlusses 29 gewechselt, die Materialkammern 3 und 4 neu
befüllt und
anschließend
die Klappe 21 wieder verschlossen. Bei Bedarf wird ein
Wechsel des Akkumulators vorgenommen.
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- 1
- Mischvorrichtung
(Mischdüse)
- 2
- Fördereinrichtung/zweite
Druckstufe
- 3
- Materialkammer
für Komponente
A
- 4
- Materialkammer
für Komponente
B
- 5
- Antrieb
(Elektromotor)
- 6
- Druckeinrichtung
(Kompressor)
- 7
- Griff
- 8
- Akku
- 9
- Schalter
- 10
- Gehäuse
- 21
- vorderer
Deckel
- 22
- Scharniere
- 23
- Deckplatte
- 24
- Behälter (Zylindereinsatz)
- 241
- Austrittsöffnung Zylindereinsatz
- 242
- Rückschlagklappe
- 25
- Zylinder
Komponente A
- 251
- Kolben
Zylinder Komponente A
- 26
- Zylinder
Komponente B
- 261
- Kolben
Zylinder Komponente B
- 262
- Kugelventil
- 27
- Kanal
- 28
- Exzentermechanik
- 281
- Hinteres
Kugellager
- 282
- Gleitstück
- 2821
- obere
Befestigungsbohrung
- 2822
- untere
Befestigungsbohrung
- 283
- Exzenterantrieb
- 284
- Vorderes
Kugellager
- 285
- Führung Gleitstück
- 286
- Lagerschild
- 287
- Kupplung
- 288
- Nadellager
- 289
- Lagerbolzen
- 29
- Schnellverschluss
- 30
- Adapter
Komponente A
- 31
- Adapter
Komponente B