DE102012100998B3

DE102012100998B3 - Verfahren und Vorrichtung, insbesondere Dosierpumpvorrichtung, zum dosierten Abgeben von gießfähigen Stoffen mit einer Druckkammer

Info

Publication number: DE102012100998B3
Application number: DE201210100998
Authority: DE
Inventors: Gerhard Karl Mais; Hans-Joachim Steindorf
Original assignee: Hedrich Wilhelm Vakuumanlagen GmbH and Co KG
Current assignee: Hedrich Wilhelm Vakuumanlagen GmbH and Co KG
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2032-02-08
Also published as: WO2013117420A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1), insbesondere Dosierpumpvorrichtung, zum dosierten Abgeben von gießfähigen Stoffen, wie Gießharzen und/oder Gießharzkomponeneten, mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung (2, 3), wobei während eines Rückhubs des Kolbens (2) ein Dosierraum (4) des Zylinders (3) mit gießfähigem Stoff aus einem Zulauf (5) befüllbar ist und während eines Förderhubs unter Absperrung des Zulaufs (5) der gießfähige Stoff durch den Kolben (2) mit einem Förderdruck aus dem Dosierraum (4) austragbar ist. Gemäß der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass wenigstens der Kolben (2) und die Zylinderwandung auf der dem Dosierraum (4) abgewandte Kolbenseite während des Förderhubs eine Druckkammer (6) bilden, die mit dem gießfähigen Stoff befüllbar ist, und dass Druckerzeugungsmittel (7) einen Kammerdruck in der mit dem gießfähigen Stoff befüllten Druckkammer (6) erzeugen, der während des Förderhubs größer ist als der im Zulauf (5) herrschende Druck.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dosierten Abgeben von gießfähigen Stoffen, insbesondere Gießharzen und/oder Gießharzkomponeneten, mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung, wobei während eines Rückhubs des Kolbens ein Dosierraum des Zylinders mit gießfähigem Stoff aus einem Zulauf gefüllt wird und während eines Förderhubs unter Absperrung des Zulaufs der gießfähige Stoff durch den Kolben mit einem Förderdruck aus dem Dosierraum ausgetragen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen eines derartigen Verfahrens.
Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden u. a. in Gießanlagen für die Produktion von Gießharzteilen verwendet. Dabei ist es erforderlich, dass der gießfähige Stoffe oder mehrere Stoffkomponenten aus Vorratsbehältern in exakt dosierten Mengen abgegeben werden, um nachfolgend beispielsweise über Durchlaufmischer und Pufferelemente einer oder mehreren Gießformen zugeführt zu werden.
Aus DE 41 27 547 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dosierten und kontrollierten Abgabe von Gießharz aus einem Zulauf bekannt, an dessen Bodenbereich ein Pumpzylinder ausgebildet ist, in welchen ein in dem Zulauf auf und ab bewegbarer Pumpkolben einbringbar ist. Durch Verschiebung des Pumpkolbens in dem Pumpzylinder wird das in dem Pumpzylinder befindliche Gießharz durch einen im Auslassbereich des Pumpzylinders angeordnete Abführleitung ausgefördert. Um ein Einströmen des Gießharzes bzw. der Gießharzkomponenten in den Pumpzylinder zu ermöglichen, wird der Pumpkolben gänzlich aus dem Pumpzylinder herausgezogen, so dass dieser in direkter Strömungsverbindung mit dem Zulauf steht.
Beim Einführen des Pumpkolbens in den Pumpzylinder kann durch die herrschenden Druckverhältnisse Gießharz zwischen Pumpkolben und Pumpzylinder in den Zulauf zurückströmen, da beim Fördern der Duck im Pumpzylinder größer ist als der im Zulaufbereich herrschende Druck. Dieser Rückstromprozess wird noch dadurch verstärkt, dass auf der der Förderseite abgewandten Kolbenseite im Bereich des Zulauf und des Vorratsbehälters Vakuum zum Ausgasen des Gießharzmaterials erzeugt wird. Bedingt durch diese Rückstromvorgänge, die bis insbesondere bis zum dichtenden Eintauchen des Pumpkolbens in den Pumpzylinder auftreten, ergeben sich erhebliche Ungenauigkeiten bei der Dosierung des Gießmaterials, die teilweise durch Unterteilung des Kolbenhubs in einen Vorhub und einen Arbeitshub korrigiert werden können.
Bei dieser Art von Dosierpumpen mit saugseitigem Vakuum können zusätzlich weitere Probleme dadurch entstehen, dass die Gießmaterialien häufig mit stark abrasiven Füllstoffen, wie beispielsweise Quarzmehl, versetzt sind. Kolbenabdichtungen, die dicht an der Zylinderwand anliegen, können in diesem Fall nur beschränkt eingesetzt werden, da das Einklemmen von Füllstoffpartikeln zwischen Dichtung und Zylinderwand zur raschen Zerstörung der Dichtung und zudem zu einer Riefenbildung auf dem Zylinder und den Kolbengleitflächen führen könnten. Daher werden zur Verarbeitung solchen abrasiven Materialien Keramikkolben und Buchsen eingesetzt, die eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen und mit einer sehr kleinen Passung versehen sind, um Leckströme in Richtung der Saugseite des Förderkolbens zu minimieren. Allerdings sind auch diese Materialien einem gewissen Verschleiß unterworfen und die damit verbundenen Leckverluste im Pumpzylinder beeinträchtigen wiederum die Dosiermenge und führen zu wesentlichen Rezepturverfälschungen.
Aus DE 34 20 222 A1 ist eine Vorrichtung für die dosierte Abgabe von füllstoffhaltigen, gießfähigen Komponentenmassen bekannt, die einen Pumpzylinder und einen darin gleitend angeordneten Kolben aufweist. Der Kolben unterteilt den Zylinder einerseits in einen mit einem Vorratsbehälter für Komponentenmassen verbundenen Pumpenraum mit Einlass- und Auslassventil und andererseits in einen Arbeitsraum, der mit einem Behälter für die Aufnahme einer den Kolben antreibenden Antriebsflüssigkeit verbundenen ist. Zwischen beiden Zylinderräumen ist eine Spaltdichtung vorgesehen. Die mit der Antriebsflüssigkeit und der jeweiligen Komponentenmasse in Berührung kommenden Kolbenwirkflächen sind im Wesentlichen gleich groß, so dass auf beiden Seiten des Kolbens im Wesentlichen der gleiche Druck herrscht. Mit dieser Vorrichtung wird erreicht, dass auch Komponentenmassen mit abrasiven Füllstoffen ohne schädliche, die Dosiermenge oder die Rezeptur bzw. die Funktion der Vorrichtung beeinträchtigenden Leckagen verarbeitet werden können. Insbesondere kann der Vorratsbehälter, aus dem der Pumpenraum mit der Komponentenmasse befüllt wird, unter Vakuum stehen. Die Abdichtung des Kolbens durch eine Spaltdichtung gewährleistet, dass der Pumpzylinder unempfindlich gegenüber im Gießharz enthaltene abrasive Füllstoffe ist. Durch den Druckausgleich zwischen Kolbenvorderseite und Kolbenrückseite können sogar elastomere Dichtungen eingesetzt werden, ohne dass die Gefahr einer Zerstörung durch abrasive Füllstoff im Passspalt besteht. Auch wenn die Antriebsflüssigkeit so gewählt ist, dass sie mit der jeweiligen Komponentenmasse verträglich ist, so können dennoch unerwünschte Rezepturverfälschungen durch die Antriebsflüssigkeit entstehen. Nachteilig bei diesen sogenannten Hochdruckdosierpumpen, bei denen der Kolben nach dem Hydraulikprinzip mit einer Flüssigkeit angetrieben wird, ist außerdem, dass sie im Vergleich zu einer beispielsweise mit einer Kolbenstange angetriebenen Dosierpumpe technisch sehr aufwendig und damit teuer in ihrer Herstellung sind.
Aus DE 24 24 046 A1 ist eine Hochwasserdruckpumpe mit Arbeitszylinder und darin geführtem Tauchkolben bekannt, bei der eine Ölkammer als Abdichtungseinrichtung zwischen Tauchkolben und Arbeitszylinder vorgesehen ist. Die Ölkammer ist dabei an einen Ölsperrkries angeschlossen, der einen Öldruck aufweist, welcher stetes größer ist als der Wasserdruck im Arbeitszylinder.
Zur Vermeidung von Schäden an Kolben, Zylinderwand und Dichtungen durch abrasive Stoffe im geförderten Medium wird in US 4 598 630 A eine selbstreinigende Dickstoff-Pumpe vorgeschlagen, bei der der Bereich zwischen Zylinderwand, Pumpkloben und Kolbendichtung während des Förderzyklus mit Hilfe einer Spülflüssigkeit gereinigt wird. Hierzu weist die Pumpe eine doppelwirkende, aus insgesamt drei Kolben bestehende Fördereinrichtung auf, wobei die drei Kolben auf einer gemeinsamen Kolbenstange nebeneinander unter Bildung eines Doppelkammersystems angeordnet sind. Die beiden Kammern des Doppelkammersystems werden abwechselnd während jeweils eines Förderhalbzyklus mit einer Spülflüssigkeit gefüllt, die im jeweils anschließenden Halbzyklus mit Überdruck durch den Bereich zwischen Zylinderwand, Pumpkloben und Kolbendichtung gedrückt wird, so dass eine Reinigung dieses Bereichs erfolgt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zum dosierten Abgeben von gießfähigen Stoffen dahingehend zu verbessern, dass insbesondere beim Verarbeiten von abrasiven Gießstoffen Schäden an den Gleitflächen des Zylinders und des Kolbens und die damit verbundenen Leckverluste vermieden werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich eines Verfahrens der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass im Zylinder während des Förderhubs auf der dem Dosierraum abgewandten Kolbenseite eine mit dem gießfähigen Stoff gefüllte Druckkammer gebildet wird, in der ein Kammerdruck herrscht, der größer ist als der im Zulauf herrschenden Druck.
Durch das Vorsehen einer solchen, gegenüber dem Dosierraum und dem Zulauf im Wesentlichen abgeschlossenen Druckkammer auf der dem Dosierraum abgewandten Kolbenseite wird erfindungsgemäß erreicht, dass die beispielsweise bei der aus der DE 41 27 547 A1 bekannten Dosierpumpvorrichtung auftretende Druckdifferenz zwischen Dosierraum und Zulaufbereich durch das Zwischenschalten einer weiteren Druckstufe in Form der Druckkammer verhindert bzw. reduziert wird. Insbesondere wird die Gefahr verringert, dass abrasive Gießstoffe im Spalt zwischen den gleitenden Flächen des Kolbens und des Zylinders in Richtung der der dem Dosierraum abgewandten Kolbenseite fließen können, so dass Beschädigungen an den Gleitflächen des Kolbens und des Zylinders sowie an der Kante des Kolbens vermieden werden.
Dadurch, dass die Druckkammer mit dem gleichen gießfähigen Stoff wie die Dosierraum gefüllt ist, besteht im Gegensatz zu der aus DE 34 20 222 A1 bekannten Hochdruckdosierpumpe weder die Gefahr einer potentiellen Unverträglichkeit des Gießstoffes mit der Antriebsflüssigkeit noch das Problem, dass durch den Spalt in die Förderkammer einlaufende Antriebsflüssigkeit die Rezeptur des Gießmaterials verfälschen könnte, insbesondere dann nicht, wenn verschiedene Gießkomponenten in genau zu dosierenden Mengen aus unterschiedlichen Dosierpumpvorrichtungen an einen Mischer abgegeben werden, um dort zu einem gießfähigen Gesamtstoffgemisch zusammengeführt zu werden.
Gemäß der Erfindung weist die neben dem Verfahren beanspruchte Vorrichtung entsprechende Mittel zum Erzeugen des Kammerdrucks in der mit dem gießfähigen Stoff befüllten Druckkammer auf. Die auf der dem Dosierraum abgewandten Kolbenseite angeordnete Druckkammer wird dabei wenigstens durch den Kolben und die Zylinderwandung gebildet.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Kammerdruck während des Förderhubs wenigstens 50% des Förderdrucks im Dosierraum. Vorzugsweise entspricht der Kammerdruck sogar im Wesentlichen dem Förderdruck, so dass aufgrund der nahezu bzw. vollkommen ausgeglichenen Druckverhältnisse zwischen Dosierraum und Druckkammer keine abrasiven Gießstoffen in den Spalt zwischen den gleitenden Flächen des Kolbens und des Zylinders eindringen können.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Zylinderwandung eine Ausbuchtung zum Bilden der Druckkammer vorgesehen. Dadurch lässt sich in technisch besonders einfacher Weise realisieren, dass die Druckkammer allein durch die ausgebuchtete Zylinderwandung und den Kolben gebildet wird. Diese Ausbuchtung kann beispielsweise während des Rückhubs mit gießfähigem Stoff gefüllt werden bzw. befüllbar sein, und nachfolgend während des Förderhubs durch die Gleitfläche des Kolbens verschlossen werden, so dass eine im Wesentlichen abgeschlossene, mit gießfähigem Stoff gefüllte Kammer entsteht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass während des Förderhubs der Kammerdruck zeitlich vor dem Förderdruck aufgebaut wird. Dadurch wird erreicht, dass zu jedem Zeitpunkt, insbesondere zu Beginn des Förderhubs, ein Druckgefälle von der dem Dosierraum abgewandten Kolbenseite hin zum Dosierraum besteht, so dass kein Material aus dem Dosierraum zur der dem Dosierraum abgewandten Kolbenseite entweichen kann. Insbesondere wird durch die zusätzliche, zwischengeschaltete Druckkammer die Druckdifferenz zwischen Förder- und Saugseite des Förderkolbens reduziert, wenn auf der Saugseite des Förderkolbens im Zulaufbereich Vakuum zum Ausgasen des Gießmaterials erzeugt wird. Insgesamt ist damit in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass die zuvor über den Zulauf in den Dosierraum eingefüllte Stoffmenge in der gewünschten Dosis ohne Leckverluste abgegeben werden kann.
Da sich – abhängig beispielsweise von der im Dosierraum befindlichen Stoffmenge oder dem Dosierraum nachfolgenden Funktionselementen, wie Durchlaufmischer oder Pufferelementen – der Förderdruck im Dosierraum während des Förderhubs ändern kann, ist es weiterhin von Vorteil, wenn der Kammerdruck während des Förderhubs gesteuert oder geregelt werden kann. Dadurch wird erreicht, dass zu jedem Zeitpunkt des Förderhubs der Kammerdruck wenigstens 50% des Förderdrucks im Dosierraum beträgt, vorzugsweise sogar im Wesentlichen dem Förderdruck entspricht.
Dementsprechend sind gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die zuvor genannten Druckerzeugungsmittel derart ausgebildet, dass der Kammerdruck während des Förderhubs steuerbar oder regelbar ist. Hierzu kann insbesondere der Förderdruck im Dosierraum und/oder den nachfolgenden Abführleitungen von einem Drucksensor ermittelt und an eine Steuer- oder Regeleinrichtung übertragen werden. Darin kann der gemessene Förderdruck mit einem Sollwert verglichen werden, wobei die resultierende Druckdifferenz als Maß für eine mögliche Abweichung von der gewünschten, zu applizierenden Gießstoffmenge dient. Über eine entsprechende Rückkopplungsvorrichtung kann der Förderdruck dem Sollwert angeglichen werden. Parallel zum Förderdruck wird auch der Kammerdruck so gesteuert bzw. geregelt, dass dieser wenigstens 50% des Förderdrucks im Dosierraum beträgt, vorzugsweise sogar im Wesentlichen dem Förderdruck entspricht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Druckkammer über den Zulauf für den Dosierraum und/oder über einen separaten Zulauf mit gießfähigem Stoff gefüllt wird bzw. befüllbar ist. Durch einen gemeinsam genutzten Zulauf lässt sich das Befüllen von Dosierraum und Druckkammer insbesondere schnell und technisch besonders einfach, d. h. ohne zusätzlich Zulaufelemente, umsetzen.
Zur Erzeugung der Kolbenhubbewegung ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine Antriebseinrichtung für den Kolben, beispielsweise ein Elektromotor, vorgesehen, die mittels einer Kraftübertragungseinrichtung, vorzugsweise einer Kolbenstange, mit dem Kolben in Wirkverbindung steht. Denkbar sind aber auch andere Antriebs- und Kraftübertragungseinrichtung, wie beispielsweise pneumatische oder hydraulische Antriebe sowie Spindeln. Über diese Antriebs- und Kraftübertragungseinrichtung kann u. a. der Förderdruck im Dosierraum erzeugt und gesteuert werden. Die zuerst genannten, rein mechanischen Antriebseinrichtungen mit Kolbenstange haben allerdings gegenüber der beispielsweise aus der DE 34 20 222 A1 bekannten hydraulischen Antriebsvorrichtung den Vorteil, dass sie technisch besonders einfach und kostengünstig realisierbar sind. Außerdem erlauben diese mechanischen Antriebsvorrichtungen fast doppelt so viele Hubzyklen pro Minute wie die genannten hydraulisch angetriebene Hochdruckdosierpumpeinrichtungen, steigern also in vorteilhafter Weise die Produktivität einer damit ausgestatten Gießanlage.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die Druckerzeugungsmittel für das Erzeugen und Regeln des Kammerdrucks auf der dem Dosierraum abgewandten Kolbenseite ein relativ zum Kolben bewegbares und an der Zylinderwand zumindest abschnittsweise in Dichtstellung gleitendes Druckelement, beispielsweise einen Ringkolben oder einen Hohlzylinderkolben auf. Dieser Druckring bildet während des Förderhubs zusammen mit Kolben und Zylinderwandung die Druckkammer. Da das Druckelement relativ zum Kolben bewegbar ist, lässt sich beispielsweise unter Beaufschlagung des Druckelements mit einer Druckkraft das Volumen der Druckkammer verändern und somit der Kammerdruck steuern. Dabei wirkt das Druckelement wie ein zweiter Kolben hinter dem Förderkolben, der vorzugsweise nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung an der Kolbenstange für den Förderkolben geführt ist, insbesondere in Dichtstellung an der Kolbenstange gleitet.
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weisen die Druckerzeugungsmittel eine, vorzugsweise auf die Kolbenstange aufgeschobene, Druckfeder auf, die auf das Druckelement, insbesondere einen Druckring, eine entsprechende Druckkraft in Richtung des Kolbens ausübt. So lässt sich beispielsweise abhängig von der Federkonstante und der Federlänge der Kammerdruck beeinflussen.
Dabei kann die Druckfeder an dem einen Ende gegen starr mit dem Kolben und/oder der Kolbenstange verbundene Bauteile abgestützt sein, und an dem anderen Ende mit dem Druckelement, also beispielsweise dem Druckring, in Wirkverbindung stehen. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Druckfeder am Druckelement festlegbar ist, so dass das Druckelement automatisch der Hubbewegung des Kolbens folgt, aber dennoch über einen kleineren Längenbereich relativ zum Kolben bewegbar ist.
Alternativ oder zusätzlich zur Druckfeder können die Druckerzeugungsmittel zum Erzeugen einer Druckkraft auf dem Druckelement auch eine separate Antriebseinrichtung mit Kraftübertragungseinrichtung für das Druckelement aufweisen. Dadurch ist der Kammerdruck insbesondere vollkommen unabhängig vom Förderdruck regulierbar. Denkbar ist auch, dass die separaten Antriebsvorrichtungen und Kraftübertragungsvorrichtungen für Kolben und Druckelement, beispielsweise über eine Regelung miteinander gekoppelt sind, so dass der Kammerdruck abhängig vom gegenwärtigen Förderdruck gesteuert wird. Bei einer möglichen Ausgestaltungsform könnte das Druckelement u. a. als Hohlzylinderkolben ausgebildet sein, der beispielsweise separat, insbesondere hydraulisch, angetrieben wird und abhängig vom aktuellen Förderdruck einen ausreichend großen Kammerdruck erzeugt. Dabei liegt vorzugsweise die Kolbenstange des Förderkolbens dichtend gleitend an der Innenwand des Hohlzylinders an, während dessen Außenwand selbst dichtend gleitend an der Zylinderwand anliegt. Insbesondere kann der Hohlzylinder Kraftübertragungseinrichtung und Druckelement in einem sein.
Damit – wie zuvor für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben – der Kammerdruck während des Förderhubs in vorteilhafter Weise zeitlich vor dem Förderdruck aufgebaut werden kann, ist es gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass Druckelement und Kolben bezüglich des Hubweges derart zueinander angeordnet sind, dass zu Beginn des Förderhubes zunächst das Druckelement und nachfolgend der Kolben mit der Zylinderwandung in Dichtstellung gelangen.
Als weitere Schutzmaßnahme gegen Beschädigung können gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Zylinderwandung – zumindest im Bereich des Dosierraums – und/oder die Gleitfläche des Kolbens und/oder die Gleitfläche des Druckelements eine, insbesondere keramische, Beschichtung oder Auskleidung, beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Siliziumcarbid, aufweisen. Die jeweiligen Auskleidungen sind vorzugsweise so in den Zylinder eingesetzt, dass sie mit möglichst wenig technischem Aufwand aus- und eingebaut werden können. Das bringt den Vorteil, dass die Auskleidungen die jeweiligen die Oberflächen der Innenwandung des eigentlichen Zylinders bzw. des Kolbens vor Beschädigungen durch abrasive Medien schützen und bei entsprechender Abnutzung als Verschleißteil einfach austauscht werden können. Außerdem erlauben wechselbare Einsätze bzw. Auskleidungen eine Anpassung der jeweiligen Oberflächeneigenschaften von Dosierraum, Kolben, Druckelement und Druckkammer an die abrasiven Eigenschaften unterschiedlicher, zu verarbeitender Gießmaterialien.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
1 Schnitt durch eine Vorrichtung zum dosierten Abgeben von gießfähigen Stoffen in Saugstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 Schnitt durch die Vorrichtung nach 1 in Dosierbeginnstellung,
3 Schnitt durch die Vorrichtung nach 1 gegen Ende des Förderhubs,
4 Schnitt durch eine Vorrichtung zum dosierten Abgeben von gießfähigen Stoffen in Saugstellung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 Schnitt durch die Vorrichtung nach 3 in Dosierbeginnstellung und
6 Schnitt durch die Vorrichtung nach 3 gegen Ende des Förderhubs.
Die 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1, insbesondere Dosierpumpvorrichtung, zum Abgeben von gießfähigen Stoffen in jeweils drei unterschiedlichen Stellungen des Arbeitszyklus. Die Vorrichtung 1 weist hierzu eine Kolben-Zylinder-Anordnung 2, 3 auf, wobei der Kolben 2 hydraulisch oder von einer anderen hier nicht gezeigten Antriebseinrichtung, beispielsweise einem Motor, angetrieben, d. h. im Zylinder 3 auf und ab bewegt werden kann. Dazu steht der Kolben 2 mit der Antriebseinrichtung über eine Kraftübertragungseinrichtung, hier einer Kolbenstange 8, in Wirkverbindung.
1 zeigt die Dosierpumpvorrichtung 1 in der Endposition der Rückhubbewegung des Kolbens 2, in der sogenannten Saustellung. In dieser Stellung ist der Kolben 2 vollständig aus den im unteren Bereich des Zylinders 3 angeordneten Dosierraum herausgezogen, so dass der Dosierraum 4 während der Rückhubbewegung des Kolbens 2 mit gießfähigem Stoff, beispielsweise Gießharz oder einer Gießharz-Komponente, aus einem seitlich in den Zylinder 3 mündenden Zulauf 5 befüllbar ist. Während der nachfolgenden Förderhubbewegung wird der Kolben 2 mithilfe der Kolbenstange 8 nach unten gefahren und greift nach einem bestimmten Vorhub im Bereich des Dosierraums 4 dichtend in den dort enger bemessenen Zylinder 3 ein. Diese in 2 gezeigte Stellung entspricht dem Dosierbeginn. Bei dem sich anschließenden Dosierhub dringt der Kolben 2 weiter unter Absperrung des Zulaufs 5 in den Dosierraum 4 ein, wodurch gießfähiger Stoff mit einem entsprechenden Förderdruck aus dem Dosierraum 4 verdrängt und in die Abführleitung 12 ausgetragen wird. Dabei kann in der Abführleitung 12 ein Rückschlagventil oder steuerbares Ventil vorgesehen sein, das die dosierte Abgabe des Gießstoffes an nachfolgende Baugruppen, beispielsweise einen Durchlaufmischer für verschiedene Gießharzkomponenten oder eine Gießform, erst dann ermöglicht, wenn ein bestimmter Förderdruck durch den Kolben 2 aufgebaut wurde. 3 zeigt die entsprechende Stellung des Kolbens 2 am Ende des Dosier- bzw. Förderhubs.
Bei derartigen Kolbendosierpumpen kann typischerweise zwischen dem Dosierraum 4 und der dem Dosierraum 4 abgewandten Kolbenseite, der Saugseite 13, eine große Druckdifferenz herrschen, da saugseitig zur Entgasung des gießfähigen Stoffes Unterdruck, d. h. Vakuum, erzeugt wird. Durch diese Druckdifferenz können die zuvor beschriebenen Probleme auftreten, dass gießfähige Stoffe während des Förderhubs auf die dem Dosierraum 4 abgewandte Kolbenseite durch den Spalt zwischen Kolben 2 und Zylinderwandlung 3 zurückfließen. Zurückfließendes Material bedingt jedoch Leckverluste aus der zu dosierenden und zuvor abgemessenen Stoffmenge und führt daher zu Dosierungenauigkeiten und Rezepturverfälschung beim Gießprozess. Außerdem kann es durch den Materialrückfluss zu Beschädigungen an den Gleitflächen des Kolbens 2 und des Zylinders 3 kommen, insbesondere dann, wenn der gießfähige Stoff abrasive Medien enthält.
Um diese Probleme zu vermeiden, ist bei dem in den 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dosierpumpvorrichtung 1 auf der dem Dosierraum 4 abgewandten Seite des Kolbens 2 ein federbelasteter Druckring 9 als Druckerzeugungsmittel 7 vorgesehen, der während des Förderhubs mit den dem Dosierraum 4 abgewandten Kolbenflächen 2 und Teilen der Zylinderwandung 3 eine im Wesentlichen abgeschlossene Druckkammer 6 bildet, wie dies insbesondere den 2 und 3 zu entnehmen ist. Dabei ist der Druckring 8 relativ zum Kolben 2 bewegbar und vorzugsweise an der Kolbenstange 8 geführt. Zur Druckerzeugung in der mit gießfähigen Material befüllten Druckkammer 6 ist eine auf die Kolbenstange 8 aufgeschobene Druckfeder 10 vorgesehen, die auf den Druckring 9 eine Druckkraft in Richtung des Kolbens 2 ausübt. Dazu ist die Druckfeder 10 an dem einen Ende gegen starr mit dem Kolben 2 und der Kolbenstange 8 verbundene Bauteile abgestützt und an dem anderen Ende an dem Druckring 9 festgelegt, so dass der Druckring 8 beim Heben und Senken des Kolbens 2 mitgeführt wird.
Bei den beiden hier vorliegenden Ausführungsbeispielen wird der Durchmesser des Dosierraums 4 durch eine keramische Auskleidung 11, die als gekreuzt schraffierte Flächen in den 1 bis 6 dargestellt ist, aus Aluminiumoxid oder Siliziumcarbid bestimmt und ist dem Durchmesser des Kolbens 2 angepasst, so dass dieser gleitend in den Dosierraum 4 eingeführt werden kann. Die keramische Auskleidung 11 ist dabei in eine zylindrische Ausbuchtung 14 in der Zylinderwandung 3 eingesetzt. Auch der Kolben 2 weist in den vorliegenden Ausführungsbeispielen eine entsprechende keramische Beschichtung bzw. Ummantelung 11 auf. Zur Bildung der Druckkammer 6 verläuft die Ausbuchtung 14 in der Zylinderwandung über den Dosierraum 4 nach oben hinaus. In diesem ausgebuchteten Zylinderbereich 16 oberhalb des Dosierraums 4 ist eine weitere Auskleidung bzw. ein weiterer zylindrischer Einsatz 17 vorgesehen, der allerdings einen größeren Durchmesser besitzt als der Dosierraum 4 und dem Durchmesser des Druckrings 9 derart angepasst ist, dass dieser gleitend dichtend in jenen durchmessergrößeren Zylinderbereich 16 eingeführt werden kann.
Die jeweiligen Auskleidungen 11, 17 sind so in den Zylinder eingesetzt, dass sie mit möglichst wenig technischem Aufwand aus- und eingebaut werden können. Das bringt den Vorteil, dass die jeweiligen Auskleidungen die Oberflächen der Innenwandung des eigentlichen Zylinders 3 bzw. des Kolbens 2 vor Beschädigungen durch abrasive Medien schützen und bei entsprechender Abnutzung als Verschleißteil einfach austauscht werden können. Außerdem erlauben wechselbare Einsätze bzw. Auskleidungen eine Anpassung der jeweiligen Oberflächeneigenschaften von Dosierraum 4, Kolben 2 und Druckkammer 6 an die abrasiven Eigenschaften unterschiedlicher, zu verarbeitender Gießmaterialien.
Zu Beginn des Förderhubs befinden sich der Druckring 9 und der Kolben 2 oberhalb des Dosierraums 4 und dem darüber angeordneten, durchmessergrößeren Zylinderbereich 16, so dass beide Zylinderbereiche mit gießfähigem Stoff aus dem Zulauf 5 gefüllt werden können. Denkbar ist aber auch, dass die Druckkammer 6 über einen separaten Zulauf mit gießfähigem Stoff befüllbar ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind der Kolben 2 und der Druckring 9 bezüglich des Hubweges derart zueinander angeordnet, dass zu Beginn des Förderhubs zunächst der Druckring 9 in die ausgebuchtete Zylinderwandung 3 oberhalb des Dosierraum 4 dichtend eingreift und nachfolgend der Kolben 2 mit der Zylinderwandlungen 3 im Dosierraum 4 in Dichtstellung gelangt. Hierdurch wird in der aus dem federbelastetem Druckring 8, dem Kolben 2 und der ausgebuchteten Zylinderwandlung 3, 14 gebildeten Druckkammer 6 ein Vordruck auf das darin befindliche gießfähige Material erzeugt, welcher sich nach Eintreten des Kolbens 2 in den Dosierraum 4 noch verstärkt. Dabei ist die von der Druckfeder 10 ausgeübte Druckkraft so gewählt, dass während des Förderhubs der Kammerdruck in der Druckkammer 6 wenigstens 50% des Förderdrucks im Dosierraum 4 ist, vorzugsweise diesem sogar im Wesentlichen entspricht. Insgesamt wird dadurch erreicht, dass die Druckkammer 6 zwischen Saugseite und Förderseite des Kolbens 2 eine Zwischendruckstufe bildet, die die Druckdifferenz zwischen Saug- und Förderseite des Kolbens 2 unterbricht, so dass ein Rückfluss von mitunter abrasivem Gießmaterial auf die dem Dosierraum 4 abgewandte Kolbenseite unterdrückt wird.
Ferner kann die Druckkraft der Druckfeder 10 auf den Druckring 9 durch eine entsprechende Wahl der Federkonstante und Federlänge so vorbestimmt sein, dass das Volumen der gefüllten Druckkammer 6 während des Förderhubs im Wesentlichen konstant bleibt (vgl. 2 und 3). Damit ist der von der während des Förderhubs zunehmend gestauchten Druckfeder 10 über die Druckringfläche erzeugte Druck auf das Material stets so groß wie der Kammerdruck in der Druckkammer 6. Gegebenenfalls wird der Druckring 9 in Dichtstellung während des Förderhubs um eine bestimmte Strecke durch die Kolbenstange mit nach unten genommen, um das zusätzlich entstehende Volumen zwischen Druckring 6, Kolben 2 und Kolbenstange 8 zu kompensieren.
Die 4 bis 6 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dosierpumpvorrichtung 1, bei der anstelle eines Druckrings ein als Hohlzylinderkolben ausgebildetes Druckerzeugungsmittel 9 verwendet wird, wobei dieser dichtend gleitend an bzw. um die Kolbenstange 8 gelagert ist. Der Hohlzylinder 9 kann dabei unabhängig vom Kolbenstangenantrieb 8 des Kolbens 2, beispielsweise hydraulisch, auf und ab bewegt werden. Ein derartiger unabhängiger Antrieb erlaubt es somit den Kammerdruck in der Druckkammer 6 während des Förderhubs unabhängig vom Förderdruck im Dosierraum 4 zu erzeugen, insbesondere sogar zu steuern oder zu regeln, wenn der Förderdruck und/oder der Kammerdruck beispielsweise mit entsprechenden Mittel gemessen und mit einem Sollwert bzw. gegeneinander verglichen werden können. Hierzu sind der Antrieb für Kolben 2 und Druckelement 9 vorzugsweise über eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung der Druckerzeugungsmittel 7 entsprechend gekoppelt.
Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung können die beschriebenen Druckerzeugungsmittel 7 zum Steuern oder Regeln des Kammerdrucks derart verwendet werden, dass Leckverluste des zu dosierenden gießfähigen Stoffes durch gießfähigen Stoff aus der Druckkammer 6 kompensierbar sind.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung, insbesondere Dosierpumpvorrichtung
2: Kolben
3: Zylinder
4: Dosierraum
5: Zulauf
6: Druckkammer
7: Druckerzeugungsmittel
8: Kraftübertragungseinrichtung, insbesondere Kolbenstange
9: Druckelement, insbesondere Druckring oder Hohlzylinderkolben
10: Druckfeder
11: Beschichtung oder Auskleidung
12: Abführleitung
13: Saugseite
14: Ausbuchtung
16: Zylinderbereich mit Ausbuchtung oberhalb des Dosierraums
17: Einsatz

Claims

Verfahren zum dosierten Abgeben von gießfähigen Stoffen, insbesondere Gießharzen und/oder Gießharzkomponeneten, mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung (2, 3), wobei während eines Rückhubs des Kolbens (2) ein Dosierraum (4) des Zylinders (3) mit gießfähigem Stoff aus einem Zulauf (5) gefüllt wird und während eines Förderhubs unter Absperrung des Zulaufs (5) der gießfähige Stoff durch den Kolben (2) mit einem Förderdruck aus dem Dosierraum (4) ausgetragen wird, und wobei im Zylinder (3) während des Förderhubs auf der dem Dosierraum (4) abgewandten Kolbenseite eine mit dem gießfähigen Stoff gefüllte Druckkammer (6) gebildet wird, in der ein Kammerdruck herrscht, der größer ist als der im Zulauf (5) herrschenden Druck.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammerdruck während des Förderhubs wenigstens 50% des Förderdrucks im Dosierraum (4) beträgt, vorzugsweise im Wesentlichen dem Förderdruck entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (6) über den Zulauf (5) für den Dosierraum (4) und/oder über einen separaten Zulauf mit gießfähigem Stoff gefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Förderhubs der Kammerdruck zeitlich vor dem Förderdruck aufgebaut wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammerdruck während des Förderhubs gesteuert oder geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammerdruck derart gesteuert oder geregelt wird, dass Leckverluste des zu dosierenden gießfähigen Stoffes durch gießfähigen Stoff aus der Druckkammer (6) kompensiert werden.
Vorrichtung (1), insbesondere Dosierpumpvorrichtung, zum dosierten Abgeben von gießfähigen Stoffen, wie Gießharzen und/oder Gießharzkomponeneten, mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung (2, 3), wobei während eines Rückhubs des Kolbens (2) ein Dosierraum (4) des Zylinders (3) mit gießfähigem Stoff aus einem Zulauf (5) befüllbar ist und während eines Förderhubs unter Absperrung des Zulaufs (5) der gießfähige Stoff durch den Kolben (2) mit einem Förderdruck aus dem Dosierraum (4) austragbar ist, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Kolben (2) und die Zylinderwandung (3) auf der dem Dosierraum (4) abgewandte Kolbenseite während des Förderhubs eine Druckkammer (6) bilden, die mit dem gießfähigen Stoff befüllbar ist, und wobei Druckerzeugungsmittel (7) zum Erzeugen eines Kammerdrucks in der mit dem gießfähigen Stoff befüllten Druckkammer (6) vorgesehen sind, derart dass der Kammerdruck während des Förderhubs größer ist als der im Zulauf (5) herrschenden Druck.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammerdruck während des Förderhubs wenigstens 50% des Förderdrucks im Dosierraum (4) beträgt, vorzugsweise im Wesentlichen dem Förderdruck entspricht.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zylinderwandung eine Ausbuchtung (14) zum Bilden der Druckkammer (6) vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (6) über den Zulauf (5) für den Dosierraum (4) und/oder über einen separaten Zulauf mit dem gießfähigen Stoff befüllbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dass die Druckerzeugungsmittel (7) derart ausgebildet sind, dass der Kammerdruck während des Förderhubs steuerbar oder regelbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebseinrichtung für den Kolben (2) vorgesehen ist, die mittels einer Kraftübertragungseinrichtung (8), vorzugsweise einer Kolbenstange, mit dem Kolben (2) in Wirkverbindung steht.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeugungsmittel (7) auf der dem Dosierraum (4) abgewandte Kolbenseite ein relativ zum Kolben (2) bewegbares, vorzugsweise an der Kolbenstange (8) geführtes, und an der Zylinderwand (3) zumindest abschnittsweise in Dichtstellung gleitendes Druckelement (9), insbesondere einen Ringkolben oder einen Hohlzylinderkolben, aufweisen, das während des Förderhubs zusammen mit Kolben (2) und Zylinderwandung (3) die Druckkammer (6) bildet.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeugungsmittel (7) eine, vorzugsweise auf die Kolbenstange (8) aufgeschobene, Druckfeder (10) aufweisen, die auf das Druckelement (9) eine Druckkraft in Richtung des Kolbens (2) ausübt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (10) an dem einen Ende gegen starr mit dem Kolben (2) und/oder der Kolbenstange (8) verbundene Bauteile abgestützt ist und an dem anderen Ende mit dem Druckelement (9) in Wirkverbindung steht, insbesondere am Druckelement (9) festlegbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeugungsmittel (7) eine separate Antriebseinrichtung mit Kraftübertragungseinrichtung zum Erzeugen einer Druckkraft auf das Druckelement (9) in Richtung des Kolbens (2) aufweisen.
Vorrichtung (1) nach einem Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Druckelement (9) und Kolben (2) bezüglich des Hubweges derart zueinander angeordnet sind, dass zu Beginn des Förderhubs zunächst das Druckelement (9) und nachfolgend der Kolben (2) mit der Zylinderwand (3) in Dichtstellung gelangen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderwandung (3) zumindest im Bereich des Dosierraums (4) und/oder die Gleitfläche des Kolbens (2) und/oder die Gleitfläche des Druckelements (9) eine, vorzugsweise keramische, Beschichtung oder Auskleidung (11), insbesondere aus Aluminiumoxid oder Siliziumcarbid, aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dass die Druckerzeugungsmittel (7) derart zum Regeln oder Steuern des Kammerdrucks ausgebildet sind, dass Leckverluste des zu dosierenden gießfähigen Stoffes durch gießfähigen Stoff aus der Druckkammer (6) kompensierbar sind.