DE102006026254A1 - Vorrichtung zum Erzeugen einer Komponentenmischung aus mindestens zwei Komponenten und Verfahren hierzu - Google Patents

Vorrichtung zum Erzeugen einer Komponentenmischung aus mindestens zwei Komponenten und Verfahren hierzu Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Komponentenmischung aus mindestens zwei Komponenten mit mindestens einem Einlasskanal (1 bis 7) zum Zuführen mindestens einer Komponente, mit einem Förderkanal (8) zum Führen der Komponentenmischung und mit mindestens einem Auslasskanal (9) zum Abgriff der Komponentenmischung und einem Verfahren hierzu. Um eine Vorrichtung und ein Verfahren hierzu zu schaffen, bei dem bei guter Reinigungsmöglichkeit der Vorrichtung eine extrem gleichmäßige Dosierung und insbesondere ein großer Regelungsbereich sowie eine gute Mischung der Komponenten möglich sind, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Förderkanal (8) umlaufend ausgeführt ist, so dass der Komponentenmischungsstrom im umlaufenden Förderkanal (8) der Mischvorrichtung zirkuliert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Komponentenmischung aus mindestens zwei Komponenten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren hierzu nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 15.
  • Üblicherweise erfolgt die Mischung von Kunststoffgemischen zur Herstellung von Halbzeugen, insbesondere für das SMC(engl. für Sheet Molding Compound)-Verfahren, batch- bzw. chargenweise in großen Behältern. Hierbei wird häufig keine ausreichende und gleichmäßige Mischung der Komponenten erreicht. Ebenfalls erfolgt oftmals eine ungewollte Entmischung der Komponenten. Des Weiteren ist die Reinigung dieser Behälter sehr aufwändig.
  • Aus der WO 2004/094122 A1 ist ein Verfahren zur Mischung von Polymerschmelzen mit Additiven bekannt. Hierbei handelt es sich um ein kontinuierliches Verfahren, bei dem die Additive einem aus einer Polymerschmelze bestehenden Hauptstrom zugegeben und insbesondere direkt anschließend in einem Statikmischer mit dem Hauptstrom vermischt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren hierzu zu schaffen, bei dem bei guter Reinigungsmöglichkeit der Vorrichtung eine extrem gleichmäßige Dosierung und insbesondere ein großer Regelungsbereich sowie eine gute Mischung der Komponenten möglich sind.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gegebenen Merkmale und bei einem Verfahren durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 15 gegebenen Merkmale gelöst.
  • Ein wesentlicher Vorteil der Vorrichtung zur Erzeugung einer Komponentenmischung besteht im großen Regelbereich der Vorrichtung, indem ein geschlossener Kreislauf in der Vorrichtung geschaffen wurde, in welchem ein auf einen maximalen Abgriff ausgelegter Komponentenmischungs-Volumenstrom vorliegt. Wird nicht 100% der Komponentenmischung abgegriffen, so zirkuliert der Rest der Komponentenmischung weiterhin in diesem Kreislauf.
  • Umgebungseinflüsse, wie beispielsweise Luftfeuchtigkeit, beeinflussen normalerweise die Qualität der Komponenten. Vorteilhafterweise schirmt die Vorrichtung durch ihre geschlossene Bauart die Komponenten von diesen störenden Einflüssen ab.
  • Vorteilhafterweise wird ein Einbringen von Luft in die Vorrichtung vermieden, da es sich um ein geschlossenes System bzw. einen geschlossenen Förderkanal handelt und lediglich die Komponenten in den Förderkanal zugeführt werden.
  • Vorteilhafterweise ermöglicht die Vorrichtung eine optimale Behandlung der Komponenten, insbesondere der temperaturempfindlichen reaktiven Komponenten, da im Förderkanal sowohl Kühlzonen als auch Heizzonen vorgesehen sein können.
  • Vorteilhafterweise ermöglicht die Vorrichtung durch die extrem gleichmäßige Dosierung und insbesondere den großen Regelungsbereich sowie die gute Mischung der Komponenten im geschlossenen System eine exakte Zudosierung von Kleinstmengen, insbesondere hinunter bis zu einem Wert von 0,05%.
  • Vorteilhafterweise ist nach einer störungsbedingten Produktionsunterbrechung eine einfache Reinigung der Vorrichtung möglich, da hierfür ein Spülen des Förderkanals mit einer dafür geeigneten Komponente ausreicht.
  • Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Figur näher erläutert. Die Figur, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.
  • Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen einer Komponentenmischung aus mindestens zwei Komponenten. Die Vorrichtung wird vorzugsweise zum Mischen unterschiedlicher flüssiger Komponenten (z.B. Harze, Additive, Füllstoffe) verwendet, insbesondere zur Herstellung von Kunststoffen in einem SMC(Sheet Molding Compound)-Halbzeugverfahren. Gleichwohl kann es sich bei den Komponenten aber auch um Pulver oder Flüssigkeiten und Pulver handeln.
  • Die Vorrichtung weist mehrere Einlässe 1 bis 7 zum Zuführen von einzelnen Komponenten oder Komponentenmischungen auf, wobei die Einlässe 1 bis 7 vorzugsweise als Kanäle ausgeführt sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient ein erster Einlasskanal 1 der Zuführung eines Hauptharzes und die weiteren Einlasskanäle 2 bis 7 dienen der Zuführung von Harzen und Additiven, wobei das Hauptharz allein, wie unten näher ausgeführt, auch zum Spülen der Vorrichtung dienen kann. Die Einlasskanäle 1 bis 7 münden in einen Förderkanal 8, welcher zur Führung der zugeführten Komponenten bzw. der Komponentenmischung dient. Das Zuführen bzw. die Zudosierung der Komponenten erfolgt vorzugsweise mittels hier nicht dargestellter Dosierpumpen. Die jeweilige Dosierpumpe bzw. das Dosiersystem wird entsprechend der zu dosierenden Komponente gewählt.
  • Zum Abgriff, d.h. zum Entnehmen der Komponentenmischung aus dem Förderkanal 8, besitzt die Vorrichtung einen Auslass 9, der bevorzugt als Kanal ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Auslasskanal 9 druckgeregelt und funktioniert hier nach dem Überlaufprinzip, wobei die abgegriffene Komponentenmischung anschließend einer weiteren, hier nicht dargestellten Verarbeitung zuführbar ist.
  • Um eine Vorrichtung zu schaffen, bei der bei guter Reinigungsmöglichkeit eine extrem gleichmäßige Dosierung und eine gute Mischung der Komponenten möglich sind, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Förderkanal 8 umlaufend, d.h. als geschlossener Kreislauf bzw. Mischkreis ausgebildet und mindestens auf einen maximalen Abgriff der Komponentenmischung ausgelegt ist. Unter maximalem Abgriff ist hierbei die maximal benötigte Menge (Gewicht pro Zeiteinheit) an Komponentenmischung zu verstehen, die aus dem Förderkanal 8 entnommen werden kann. Demgemäß ist der Volumenstrom des Förderkanals 8 gleich oder vorzugsweise größer als der Volumenstrom der maximal abzugreifenden Komponentenmischung ausgelegt. Idealerweise ist der Förderkanal 8 auf einen Volumenstrom ausgelegt, der um den Faktor 1,05 bis 40 größer ist als der Volumenstrom der benötigten Komponentenmischung. Grundsätzlich kann nur die Menge bzw. der Mengenstrom, der zudosiert wird, auch überströmen.
  • Im Förderkanal 8 ist mindestens eine kontinuierlich arbeitende Förderpumpe 10 vorgesehen, die für den Umlauf der Komponentenmischung im Förderkanal 8 sorgt. Hierbei wird vorzugsweise eine Zahnradpumpe verwendet. Der Volumenstrom der Komponentenmischung im Förderkanal 8 ist über einen Differenzdruck zwischen Saugseite und Druckseite der Förderpumpe 10 oder entsprechend des Saugdrucks der Förderpumpe 10 regelbar, wobei der Regelbereich der Förderpumpe 10 geringer ist als der Regelbereich des Komponentenmischungsstroms.
  • Der Einlasskanal bzw. die Einlasskanäle 1 bis 7 können in Strömungsrichtung 11 zwischen dem Auslasskanal 9 zum Abgriff der Komponentenmischung und der Förderpumpe 10 und/oder zwischen der Förderpumpe 10 und dem Auslasskanal 9 vorgesehen sein.
  • Zur guten und gleichmäßigen Mischung der Komponenten sind im Förderkanal 8 zwei Mischelemente 12 und 13 vorgesehen, wobei das Mischelement bzw. die Mischelemente 12 und 13 in Strömungsrichtung 11 zwischen dem Auslasskanal 9 zum Abgriff der Komponentenmischung und der Förderpumpe 10 und/oder zwischen der Förderpumpe 10 und dem Auslasskanal 9 angeordnet sein können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient das erste Mischelement 12 zur Vormischung, damit beispielsweise Härter und Beschleuniger nicht ungemischt zusammenkommen. Bei dem Mischelement 12 kann es sich um einen Statikmischer, einen dynamischen Mischer und/oder einen Dispergiermischer handeln.
  • Idealerweise ist stromauf der beiden Mischelemente 12, 13 jeweils ein Teil der Einlasskanäle 1 bis 7 zur Zuführung der Komponenten vorgesehen, so dass sofort nach Zudosierung der Komponenten eine Mischung derselben erfolgt. Insbesondere beim Zudosieren von mehreren miteinander reagierenden Komponenten sollten diese nacheinander mit dazwischengeschalteten Mischelementen zugeführt werden. Hat beispielsweise die zudosierte Komponentenmenge den Wert 1 und die umlaufende Komponentenmischungsmenge den Wert 10, dann entweicht am Auslasskanal 9 mittels Überlaufprinzip eine Komponentenmischungsmenge, von welcher 10% nur einmal und 90% zweimal oder mehrmals die Mischelemente 12 und 13 durchlaufen hat. Dies hat eine homogenere Mischung zur Folge, und der Förderquerschnitt des Förderkanals 8, welcher für den maximalen Komponentenmischungsvolumenstrom ausgelegt ist, hat damit für eine kleine Dosiermenge keine schädliche Auswirkung.
  • Zur optimalen Behandlung von temperaturempfindlichen Komponenten sind im Förderkanal 8 sowohl eine Heizzone 14 als auch eine Kühlzone 15 vorgesehen.
  • Um eine Entlüftung des Förderkanals 8 vornehmen zu können, ist eine Entlüftungsöffnung 16 vorgesehen, über welche störende Gase nach außen abgeführt werden können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Vorrichtung eine horizontale Ausrichtung, wobei auch eine Vorrichtung mit vertikaler Ausrichtung oder eine Vorrichtung sowohl mit horizontalen als auch vertikalen Abschnitten denkbar wäre. Vorzugsweise ist bei einer Vorrichtung mit vertikaler Ausrichtung mindestens eine geodätisch oben liegende Entlüftungsöffnung zur Abführung von Gasen aus dem umlaufenden Förderkanal 8 vorgesehen.
  • Des Weiteren ist ein Mischsystem denkbar, welches aus kaskadenartig zusammengeschalteten einzelnen Vorrichtungen bzw. Mischkreisen, d.h. aus mehreren miteinander verbundenen Mischkreisen besteht, wobei die Komponentenmischung des ersten Mischkreises über eine Verbindung nach dem Überlaufprinzip in einen zweiten Mischkreis gelangt. Die überlaufende Komponentenmischung aus dem ersten Mischkreis ist somit eine zuzuführende Komponente für den nachfolgenden zweiten Mischkreis.
  • Die Vorrichtung ermöglicht ein Verfahren, bei dem erfindungsgemäß im umlaufenden Förderkanal 8 der Mischvorrichtung ein Komponentenmischungsstrom zirkuliert, wobei bei einem Abgriff der Komponentenmischung von weniger als 100% der Rest der Komponentenmischung weiter im umlaufenden Förderkanal 8 zirkuliert.
  • Vorteilhafterweise wird die Vorrichtung vor Inbetriebnahme mit einer Basiskomponente befüllt, um den Förderkanal 8 zu entlüften, wodurch eventuelle Gase aus dem Förderkanal 8 abgeführt werden. Anschließend wird die Vorrichtung bzw. der Förderkanal 8 mit einer Rezepturmischung gefüllt, die entsprechend der zu erzeugenden Komponentenmischung bereits ein im Wesentlichen korrektes Mischverhältnis aufweist, wodurch dann die Basiskomponente aus dem Förderkanal 8 abgeführt wird.
  • Vorteilhafterweise kann beim Mischen von reaktiven Komponenten bei längerem Stopp der Vorrichtung der Förderkanal 8 mit einer nicht reaktiven Komponente, wie beispielsweise dem Hauptharz, gespült werden.
  • Die Zuführung bzw. Zudosierung der Komponenten über die Einlasskanäle 1 bis 7 erfolgt vorzugsweise kontinuierlich. Zur Vermeidung von Tropfenbildung im Bereich eines Einlasskanals 1 bis 7 sind gezielt Strömungen erzeugbar. Vorzugsweise wird im Bereich von Kleinstkomponenteneinlässen die Tropfenbildung durch hohe Strömungsgeschwindigkeit vermieden, um so eine stetige Zudosierung zu erreichen. Die Zuführung der jeweiligen Komponente erfolgt entsprechend einer Rezeptur und unterschreitet nicht den Wert von 0,05%. Bei Zuführung von mehreren Komponenten erfolgt die Zuführung der einzelnen Komponente vorzugsweise jeweils vor einem Mischelement 12 und 13.
  • Um das Mischungsergebnis zu optimieren, können in einzelnen Bereichen des Förderkanals 8 bestimmte Drücke und/oder Verwirbelungen gezielt erzeugt werden. Die druckgeregelten Bereiche können über die Förderleistung der Förderpumpe 10 und/oder den Umlaufdruck der Komponentenmischung im Förderkanal 8 erzeugt werden. Um Komponenten optimal zuführen zu können, weisen Bereiche in der Nähe eines Einlasskanals 1 bis 7 vorzugsweise einen geringen Druck auf. Zur Optimierung der Mischung der Komponenten weisen die übrigen Bereiche vorzugsweise einen höheren Druck auf.
  • Bezugszeichenliste für SAK 1875 DE
    Figure 00090001

Claims (26)

  1. Vorrichtung zum Erzeugen einer Komponentenmischung aus mindestens zwei Komponenten mit mindestens einem Einlasskanal (1 bis 7) zum Zuführen mindestens einer Komponente, mit einem Förderkanal (8) zum Führen der Komponentenmischung und mit mindestens einem Auslasskanal (9) zum Abgriff der Komponentenmischung, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderkanal (8) umlaufend ausgeführt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderkanal (8) auf einen Volumenstrom ausgelegt ist, der gleich oder größer ist als der Volumenstrom der maximal abzugreifenden Komponentenmischung.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Förderkanal (8) mindestens eine kontinuierlich arbeitende Pumpe (10) vorgesehen ist, die für den Umlauf der Komponentenmischung im Förderkanal (8) sorgt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom der Komponentenmischung über einen Differenzdruck zwischen Saugseite und Druckseite der Pumpe (10) oder entsprechend des Saugdrucks der Pumpe (10) regelbar ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelbereich der Pumpe (10) geringer ist als der Regelbereich des Komponentenmischungsstroms.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslasskanal (9) zum Abgriff der Komponentenmischung druckgeregelt ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Förderkanal (8) mindestens ein Mischelement (12, 13) vorgesehen ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich eines Mischelements (12, 13) mindestens ein Einlasskanal (1 bis 7) zur Zuführung einer Komponente vorgesehen ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mischelemente (12, 13) vorgesehen sind, zwischen denen jeweils ein Einlasskanal (1 bis 7) zur Zuführung einer Komponente vorgesehen ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Förderkanal (8) mindestens eine Heizzone (14) und/oder mindestens eine Kühlzone (15) vorgesehen ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Förderkanal (8) mindestens eine Entlüftungsöffnung (16) vorgesehen ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine horizontale und/oder vertikale Ausrichtung.
  13. Vorrichtung zumindest nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vertikalen Ausrichtung mindestens eine geodätisch oben liegende Entlüftungsöffnung zur Abführung von Gasen aus dem umlaufenden Förderkanal (8) vorgesehen ist.
  14. Mischsystem mit mindestens einer Vorrichtung, die nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Vorrichtungen hintereinander geschaltet sind, wobei die Komponentenmischung aus der vorhergehenden Vorrichtung eine zuzuführende Komponente für die nachfolgende Vorrichtung ist.
  15. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Komponentenmischung aus mindestens zwei Komponenten nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der einen in einem Förderkanal (8) der Mischvorrichtung geführten Komponente die weitere Komponente über mindestens einen Einlasskanal (1 bis 7) zuführbar und die erzeugte Komponentenmischung über mindestens einen Auslasskanal (9) abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im umlaufenden Förderkanal (8) der Mischvorrichtung ein Komponentenmischungsstrom zirkuliert.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Abgriff der Komponentenmischung von weniger als 100 der Rest der Komponentenmischung weiter im umlaufenden Förderkanal (8) zirkuliert.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass: a) beim Anfahren der Mischvorrichtung der Förderkanal (8) mit einer Basiskomponente befüllt wird, wodurch im Förderkanal (8) befindliche Gase austreten, b) nach Austritt der Gase der Förderkanal (8) mit der Komponentenmischung befüllt wird, wodurch die Basiskomponente aus dem Förderkanal (8) abgeführt wird, und c) während des weiteren Betriebs der Mischvorrichtung eine Zuführung der einzelnen Komponenten erfolgt.
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der jeweiligen Komponente über den Einlasskanal (1 bis 7) kontinuierlich erfolgt.
  19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Tropfenbildung im Bereich eines Einlasskanals (1 bis 7) gezielt Strömungen erzeugbar sind.
  20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der jeweiligen Komponente entsprechend einer Rezeptur erfolgt und den Wert von 0,05% nicht unterschreitet.
  21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Zuführung von mehreren Komponenten die Zuführung der einzelnen Komponente vor einem Mischelement (12, 13) erfolgt.
  22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten in pulvriger und/oder flüssiger Form vorliegen.
  23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einzelnen Bereichen des Förderkanals (8) bestimmte Drücke und/oder Verwirbelungen gezielt erzeugt werden können.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die druckgeregelten Bereiche einen geringeren Druck aufweisen, um Komponenten zuführen zu können.
  25. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die druckgeregelten Bereiche einen höheren Druck zur Verbesserung der Mischung der Komponenten aufweisen.
  26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Mischen von reaktiven Komponenten bei längerer Unterbrechung des Verfahrens der Förderkanal (8) mit einer nicht reaktiven Komponente gespült wird.
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