DE102010060604B4

DE102010060604B4 - Schaumpumpe und Verfahren zum Aufschäumen von flüssigen Medien

Info

Publication number: DE102010060604B4
Application number: DE102010060604A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Puffe
Original assignee: Puffe Engineering GmbH
Current assignee: Puffe Engineering GmbH
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2030-11-17
Also published as: DE102010060604A1

Abstract

Schaumpumpe zum Aufschäumen von flüssigen Medien, welche in Förderrichtung des flüssigen Mediums aufeinander folgend eine Saugstufe zur Ansaugung des flüssigen Mediums, eine Gaszuführung zur Beaufschlagung des flüssigen Mediums mit einem Gas, eine Pumpstufe zur Vermischung und Förderung des flüssigen Mediums mit dem Gas und eine Mischstufe zur Vermischung des flüssigen Mediums mit dem Gas zu einem Schaum aufweist, sowie Verfahren zum Aufschäumen von flüssigen Medien.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaumpumpe zum Aufschäumen von flüssigen Medien sowie ein Verfahren zum Aufschäumen flüssiger Medien mittels einer Schaumpumpe.
Derartige Schaumpumpen und Verfahren zum Aufschäumen dienen dazu, aus einem flüssigen Medium, wie beispielsweise Kleber oder Dichtmasse, und einem Gas oder Gasgemisch, wie beispielsweise Luft, einen Schaum zu bilden. Derart hergestellte Schäume werden beispielsweise als Klebstoffschaum, Schaumdichtung oder Verpackungsmaterial verwendet.
Aus der Druckschrift DE 10 2005 042 380 A1 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Schaummaterials bekannt, welche eine Gaszufuhrleitung, eine Materialzufuhrleitung, eine Materialfördervorrichtung und eine Schaumfördervorrichtung aufweist, wobei die Schaumfördervorrichtung einlassseitig mit der Materialfördervorrichtung und der Gaszuführleitung und auslassseitig mit einer Mischvorrichtung verbunden ist. Zur Herstellung eines gewünschten Mischungsverhältnisses von flüssigem Material zu Gas ist die Materialfördervorrichtung, die Schaumfördervorrichtung und die Mischvorrichtung jeweils separat ansteuerbar. Ein Nachteil besteht darin, dass dazu unabhängig voneinander ansteuerbare Antriebe benötigt werden, wodurch ein aufwendiger und komplizierter Antriebsmechanismus entsteht.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaumpumpe bzw. ein Verfahren zum Aufschäumen von flüssigen Medien zur Verfügung zu stellen, welche mit einem einfachen und platzsparenden Antrieb betreibbar sind und eine zumindest gleichbleibende Schaumqualität, wie Schaumpumpen nach dem Stand der Technik, erzeugt.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.
Die erfindungsgemäße Schaumpumpe dient zum Aufschäumen von flüssigen Medien, insbesondere von Kleber. Das flüssige Medium wird in einer als Förderrichtung definierten Richtung durch die Pumpe gefördert. Die erfindungsgemäße Schaumpumpe weist in Förderrichtung des flüssigen Mediums aufeinander folgend eine Saugstufe zur Ansaugung des flüssigen Mediums, eine Gaszuführung zur Beaufschlagung des flüssigen Mediums mit einem Gas, eine Pumpstufe zur Vermischung und Förderung des flüssigen Mediums mit dem Gas und eine Mischstufe zur Vermischung des flüssigen Mediums mit dem Gas zu einem Schaum auf. Ab der Zuführung des Gases kann die Mischung aus flüssigem Medium und Gas prinzipiell bereits als Schaum bezeichnet werden. Durch die nachfolgenden Förder- und Mischprozesse wird die Blasengröße der Gasblasen in dem flüssigen Medium verringert, der Schaum also homogenisiert. Erfindungsgemäß ist die Mischstufe mit der Pumpstufe und mit der Saugstufe über einen gemeinsamen Antrieb antreibbar.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Schaumpumpe eine kompakte Bauform aufweist und mit nur einem Antriebsmotor auskommt, welcher neben der Mischstufe sowohl die Pumpstufe als auch die Saugstufe antreibt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Saugstufe, die Gaszuführung, die Pumpstufe und die Mischstufe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, wodurch eine besonders kompakte und vorteilhaft zu bedienende Schaumpumpe zur Verfügung gestellt wird.
Bei den Förder- bzw. Mischvorrichtungen der Saugstufe und der Pumpstufe handelt es sich um auf dem technischen Gebiet üblicherweise eingesetzte Pumpvorrichtungen, nämlich um Zahnradpumpen. Erfindungsgemäß weist die Mischstufe ebenfalls eine Zahnradpumpe auf, wobei die Zahnradpumpe durch eine Antriebswelle antreibbar ist. Durch die Antriebswelle ist auch eine Zahnradpumpe der Pumpstufe und eine Zahnradpumpe der Saugstufe antreibbar. Die Zahnradpumpen der Saugstufe, der Pumpstufe und der Mischstufe sind durch eine gemeinsame Welle antreibbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Zahnradpumpe der Mischstufe Mischzahnräder mit in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten in den Zähnen auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens ein Statikmischer der Zahnradpumpe der Mischstufe nachgeordnet ist. Besonders bevorzugt ist auch der Statikmischer in einem Gehäuse zusammen mit der Saugstufe, der Pumpstufe und der Mischstufe angeordnet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschäumen flüssiger Medien mittels einer Schaumpumpe, wobei ein flüssigen Medium durch eine Saugstufe angesaugt und anschließend mit einem Gas beaufschlagt wird, wobei das flüssigen Medium und das Gas durch eine Pumpstufe vermischt und weitergefördert werden und in einer Mischstufe zu einem Schaum vermischt werden. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Mischstufe mit der Pumpstufe und/oder mit der Saugstufe über einen gemeinsamen Antrieb angetrieben wird. Bevorzugt wird durch die Pumpstufe ein größeres Volumen gefördert wird, als durch die Saugstufe, wobei ein Differenzvolumen mir dem Gas aufgefüllt wird. Beispielsweise ist das durch die Pumpstufe geförderte Volumen zwischen 10% und 200% größer als das durch die Saugstufe geförderte Volumen, besonders bevorzugt zwischen 50% und 150%, insbesondere etwa doppelt so groß.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Gas und das flüssige Medium in der Mischstufe durch Mischzahnräder einer Zahnradpumpe mit in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten in den Zähnen vermischt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Schaum durch mindestens einen Statikmischer homogenisiert wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die Ausführungen beziehen sich auf die erfindungsgemäße Schaumpumpe ebenso, wie auf das erfindungsgemäße Verfahren. Die Ausführungsform ist beispielhaft und schränkt den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
Es zeigen:
1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaumpumpe in einer schematischen perspektivischen Darstellung;
2 die Schaumpumpe gemäß 1 in einer Schnittdarstellung.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mischpumpe ist in der 1 schematisch dargestellt, wodurch das Aufschäumverfahren verdeutlicht wird. Ein flüssiges Medium 1 tritt über eine Fluidzufuhr 5 in die Schaumpumpe ein. Eine Saugstufe 10 verfügt über eine Zahnradpumpe 11 mit zwei Saugrädern bzw. Zahnrädern 12, 13, welche miteinander kämmen und das flüssige Medium 1 von einem nicht dargestellten Vorratsbehälter über die Fluidzufuhr 5 ansaugen, so dass es in die Schaumpumpe gelangt. Innerhalb der Schaumpumpe strömt das flüssige Medium 1, insbesondere ein Klebstoff, in einer Förderrichtung durch Kanäle 8 im Pumpengehäuse, welche in der 2 deutlicher erkennbar sind. Alle Zahnräder sind mit Pfeilen gekennzeichnet, welche die Drehrichtung des jeweiligen Zahnrads angeben. Lediglich einer der Pfeile ist beispielhaft mit dem Bezugszeichen 7 versehen.
In der Förderrichtung des flüssigen Mediums 1 gesehen, mündet hinter der Zahnradpumpe 11 der Saugstufe 10 eine Gaszufuhr 9 in den Kanal 8, über welchen ein Gas 2 zuführbar ist, wie beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlendioxid oder beliebige in dem technischen Gebiet eingesetzte technische Gase. In der Regel wird das Gas 2 unter einem gewissen Überdruck von einem nicht dargestellten Vorratsbehälter in Richtung der Schaumpumpe gefördert.
In Förderrichtung hinter der Gaszufuhr 9 gelangt das Gemisch aus dem flüssigen Medium 1 und dem Gas 2 zu einer Pumpstufe 20, deren Zahnradpumpe 21 zwei miteinander kämmende Pumpräder 22, 23 aufweist. Die Pumpstufe 20 fördert ein größeres Fördervolumen als die Saugstufe 10. Die Differenz der Fördervolumina von Pumpstufe 20 und Saugstufe 10 wird durch zuströmendes Gas 2 aus der Gaszufuhr aufgefüllt. Das Fördervolumen der Pumpstufe 20 kann beispielsweise doppelt so groß sein, wie das der Saugstufe 10, so dass ein ebenso großes Volumen an Gas 2 zuströmt, wie von dem flüssigen Medium 1 gefördert wird, das Mischungsverhältnis also im Wesentlichen eins zu eins beträgt.
In Förderrichtung hinter der Pumpstufe 20 gelangt das Gemisch aus dem flüssigen Medium 1 und dem Gas 2 zu einer Mischstufe 30, deren Zahnradpumpe 31 zwei miteinander kämmende Mischräder 32, 33 aufweist. Durch das hohe Fördervolumen der Pumpstufe 20 baut sich vor der Mischstufe 30 ein Druck auf, welcher das Durchmischen von Gas 2 und flüssigem Medium 1 unterstützt. Die Mischräder 32, 33 weisen in den Zahnflanken, von denen lediglich eine beispielhaft mit dem Bezugszeichen 35 gekennzeichnet ist, Nuten 34 auf, welche sich in Umfangsrichtung des jeweiligen Zahnrads oder Mischrads 32, 33 erstrecken. Dies erlaubt einen Durchtritt des Gemischs aus flüssigem Medium 1 und Gas 2, welches in dieser Phase des Mischprozesses bereits als Schaum 3 bezeichnet werden kann, in Umfangsrichtung durch die Zahnflanken 35, wodurch die Durchmischung des Schaums 3 verstärkt wird. Im Sinne der Erfindung können einzelne Zahnflanken 35 nur eines oder beider Mischräder 32, 33 die Nuten 34 aufweisen, oder auch alle Zahnflanken 35. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weisen alle Zahnflanken 35 je zwei Nuten 34 auf, wobei ebenso eine oder drei Nuten 34 je Zahnflanke denkbar sind, wie unterschiedliche Anzahlen, Nutbreiten und -tiefen oder Positionen der Nuten 34.
Erfindungsgemäß sind die Zahnradpumpe 31 der Mischstufe 30, sowie die Zahnradpumpen 11, 21 der Saugstufe 10 und der Pumpstufe 20 über einen gemeinsamen Antrieb antreibbar, von dem hier lediglich eine Antriebswelle 4 dargestellt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle Zahnradpumpen, 11, 21, 31 der Saugstufe 10, der Pumpstufe 20 und der Mischstufe 30 über die Antriebswelle 4 antreibbar, wodurch sich eine besonders kompakte Bauform der Schaumpumpe ergibt, die lediglich einen Antriebsmotor (nicht dargestellt) benötigt. Die Saugstufe 10, die Pumpstufe 20 und die Mischstufe 30 können vorteilhaft in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein.
Optional weist die Schaumpumpe in dem Kanal 8 für die Förderung des Schaums 3 hinter der Mischstufe 30 einen oder mehrere Statikmischer 36 auf, durch welche eine homogenere Durchmischung des Schaums 3 erreicht werden kann. Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Statikmischern 36 in Förderrichtung entlang eines Abschnitts des Kanals 8 angeordnet, die jeweils einen Anteil des Kanalquerschnitts versperren, insbesondere zwischen einem Zehntel und neun Zehntel des Querschnitts, bevorzugt zwischen zwei Zehntel und fünf Zehntel des Querschnitts und besonders bevorzugt etwa ein Viertel des Querschnitts. Die Statikmischer 36 sind weiterhin bevorzugt versetzt zueinander in etwa gleichbleibenden Abständen angeordnet. Ein besonders bevorzugte Form der Statikmischer 36 weist in Förderrichtung verlaufende Durchlässe 37 nach Art eines Siebs auf, wobei der Querschnitt der Durchlässe 37 kleiner oder gleich der maximal erwünschten Blasengröße des Gases 2 in dem Schaum 3 ist. Der homogenisierte Schaum 3 tritt durch einen Schaumaustritt 6 aus dem Kanal 8 aus und kann je nach Einsatzgebiet weiterverarbeitet werden.
In der 2 ist eine Schnittdarstellung der Schaumpumpe gemäß 1 gezeigt. Ein Gehäuse 40 ist im Wesentlichen aus vier, in der Regel zylindrischen Platten 41, 42, 43, 44 aufgebaut, wobei der Kanal 8 zur Förderung des flüssigen Mediums und des Gases, bzw. des Schaums (vgl. 1) von der Fluidzufuhr 5 bis zum Schaumaustritt 6 durch übereinstimmende Ausnehmungen der Platten 41, 42, 43, 44 gebildet ist. In den Figuren kaum erkennbar, verläuft der Kanal 8 von der Fluidzufuhr 5 bis hinter die Mischstufe 30 nicht vertikal, sondern schräg, also unter einem nicht rechten Winkel zu den im Wesentlichen parallelen Rotationsebenen der Zahnradpumpen 11, 21, 31.
Durch weitere übereinstimmende Ausnehmungen der Platten 41, 42, 43, 44 gebildet ist eine Bohrung zur Aufnahme der gemeinsamen Antriebswelle 4 der Zahnradpumpen 11, 21, 31. Für die Zahnradpumpen 11, 21, 31 sind in den Platten 41, 42, 43 entsprechende Ausnehmungen für die Zahnräder vorgesehen. An der Zahnradpumpe 31 der Mischstufe sind die Nuten 34 in wechselnden Positionen in den Zahnflanken erkennbar. Bei der Zahnradpumpe 31 der Mischstufe 30 sind die Nuten Die Platte 42 weist eine weitere Bohrung auf, welche den Kanal 8 von außen erschließt und so die Gaszufuhr 9 bildet. Die Statikmischer 36 können, wie dargestellt, an einer Achse 38 befestigt in den Kanal 8 eingesetzt sein.
Bezugszeichenliste

1: Flüssiges Medium
2: Gas
3: Schaum
4: Antriebswelle
5: Fluidzufuhr
6: Schaumaustritt
7: Pfeil
8: Kanal
9: Gaszufuhr
10: Saugstufe
11: Zahnradpumpe
12, 13: Zahnräder
20: Pumpstufe
21: Zahnradpumpe
22, 23: Zahnräder
30: Mischstufe
31: Zahnradpumpe
32, 33: Mischräder
34: Nut
35: Zahnflanke
36: Statikmischer
37: Durchlass
38: Achse
40: Gehäuse
41, 42, 43, 44: Platten

Claims

Schaumpumpe zum Aufschäumen von flüssigen Medien, welche in Förderrichtung des flüssigen Mediums aufeinander folgend eine Saugstufe (10) zur Ansaugung des flüssigen Mediums (1), eine Gaszuführung (9) zur Beaufschlagung des flüssigen Mediums mit einem Gas (2), eine Pumpstufe (20) zur Vermischung und Förderung des flüssigen Mediums (1) mit dem Gas (2) und eine Mischstufe (30) zur Vermischung des flüssigen Mediums (1) mit dem Gas (2) zu einem Schaum (3) aufweist, wobei die Mischstufe (30) eine Zahnradpumpe (31) aufweist und die Zahnradpumpe (31) durch eine Antriebswelle (4) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Antriebswelle (4) eine Zahnradpumpe (21) der Pumpstufe (20) und eine Zahnradpumpe (11) der Saugstufe (10) antreibbar ist.
Schaumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpumpe (31) der Mischstufe (30) Mischzahnräder (32, 33) mit in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten (34) in den Zähnen (35) aufweist.
Schaumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Statikmischer (36) der Zahnradpumpe (31) der Mischstufe (30) nachgeordnet ist.
Schaumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (40) zur Aufnahme der Saugstufe (10), der Pumpstufe (20) und der Mischstufe (30) vorgesehen ist.
Verfahren zum Aufschäumen flüssiger Medien mittels einer Schaumpumpe, wobei ein flüssigen Medium (1) durch eine Saugstufe (10) angesaugt und anschließend mit einem Gas (2) beaufschlagt wird, wobei das flüssigen Medium (1) und das Gas (2) durch eine Pumpstufe (20) vermischt und weitergefördert werden und in einer Mischstufe (30) zu einem Schaum (3) vermischt werden, wobei die Mischstufe (30) mit der Pumpstufe (20) und/oder mit der Saugstufe (10) über einen gemeinsamen Antrieb (4) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (2) und das flüssige Medium (1) in der Mischstufe (30) durch Mischzahnräder (32, 33) einer Zahnradpumpe (31) mit in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten (34) in den Zähnen (35) vermischt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Pumpstufe (20) ein größeres Volumen gefördert wird, als durch die Saugstufe (10), wobei ein Differenzvolumen mit dem Gas (2) aufgefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum (3) durch mindestens einen Statikmischer (36) homogenisiert wird.