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Die Erfindung betrifft einen Prüfstand zur Simulation und Analyse der Beanspruchung von Klebstoff in Klebeanlagen, die mit Mehrkomponentenklebstoffen arbeiten.
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Um Prozessfehler erkennen zu können, Prozessoptimierungen durchzuführen und die Prozesssicherheit zu erhöhen, ist es nötig, den Klebstoff und seine Zustände während des Prozesses genau zu kennen und analysieren zu können, da der Klebstoff oder einzelne Klebstoffkomponenten durch die Beanspruchung in der Verarbeitungsanlage, wie Druck-, Temperatur- oder Scherbelastung, beschädigt oder zerstört werden können. Der zu analysierende Klebstoff wird in Klebeanlagen im industriellen Maßstab verwendet.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Ausführungsformen für Prüfstände bekannt, wie beispielsweise die Offenbarungen der
DE 28 14 786 C3 , der
DE 30 41 704 C2 , der
DE 10 2004 011 099 B3 oder der
DE 10 2014 018 701 A1 , zur Messung von Scherungen und weiteren Kenngrößen an Klebstoffen. Doch wird hier jeweils der Probenkörper bis zu einem bestimmten Grenzwert einer Größe belastet oder der Probenkörper nach dem Erreichen eines voreingestellten Wertes in Bezug auf eine Größe untersucht. Es ist aber nicht möglich, den Klebstoff bzw. den Probenkörper des Klebstoffs in verschiedenen Zuständen zu analysieren, die den Zuständen während der Verarbeitung des Klebstoffs entsprechen.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und einen kostengünstigen Prüfstand bereitzustellen, der die gleichen Einflüsse bzgl. Temperatur-, Druck- und Scherbelastung auf den Klebstoff bzw. auf eine Klebstoffkomponente hervorruft wie eine Klebeanlage während des Verarbeitungsprozesses, der eine hohe Zuverlässigkeit besitzt, die Belastungen während des Herstellungsprozesses genau nachbildet, einfach zu reinigen ist und bei dem die Proben einfach entnommen werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß den Patentansprüchen 1 und 10 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird hierzu ein Klebstoffkomponentenprüfstand, im Weiteren auch als Prüfstand bezeichnet, vorgeschlagen, der einen Vorratsbehälter, eine Pumpe, einen eine Scherstrecke bildender Scherkanal, einen Durchflussregler, eine erste Messmittelanordnung einen ersten statischen Mischer und eine zweite Messmittelanordnung umfasst. Der Vorratsbehälter, die Pumpe, der Scherkanal, der Durchflussregler, die erste Messmittelanordnung, der erste statische Mischer und die zweite Messmittelanordnung sind in Reihe entlang eines durch Kanäle gebildeten Strömungspfades von der Klebstoffkomponente durchströmbar angeordnet. Die Klebstoffkomponente ist in einer Ausführung Polyol. Das Polyol unterliegt in der Pumpe, der Scherstrecke, den durchströmten statischen Mischern und in den Verbindungskanälen, die die einzelnen Komponenten des Prüfstands entlang des Strömungspfades durchströmbar verbinden, einer Scherbelastung, die der Scherbelastung in einer Klebeanlage zur Verarbeitung des Klebstoffs entspricht. Durch die Pumpe wird das Polyol zudem unter Druck gesetzt, sodass der Druck im Polyol dem Druck bei der Verarbeitung in der Klebeanlage entspricht. Durch die Druckbelastung auf das Polyol durch die Pumpe und die Scherbelastung kommt es im Polyol zu einer Temperaturerhöhung bzw. Temperaturbelastung. Der Durchflussregler ersetzt zum einen einen Dosierer der realen Anlage und ermöglicht zum anderen die Messung des Volumenstroms der Klebstoffkomponente durch den Prüfstand. Verwendet wird hierfür in einer Ausführung ein Spindel-Durchflussregler für hochviskose und abrasive Medien. Der Druck, der durch die Pumpe gegen ein Drosselventil im Prüfstand aufgebaut wird, ist vorzugsweise 90 bar und der Volumenstrom beträgt vorzugsweise 10 cm3/s. Sowohl der Druck als auch der Volumenstrom sind während des Betriebs nicht konstant, da es durch die Komponenten des Prüfstands zu Druckverlusten bzw. Druckschwankungen kommt. Das Polyol unterliegt im Prüfstand einem Druck zwischen ca. 66 und 96 bar.
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Die Klebstoffkomponente bzw. das Polyol ist durch den Prüfstand pumpbar, wobei die Klebstoffkomponente bei einem Durchpumpen durch den Prüfstand im Wesenltichen der gleichen Scher-, Temperatur- und Druckbelastung ausgesetzt ist wie in der realen Klebeanlage. Während eines Durchpumpzyklusses und/oder danach ist eine Probe der Klebstoffkomponente entnehmbar. Die Probe der Klebstoffkomponente kann dann auf ihre Eigenschaften, wie beispielsweise Fließfähigkeit und Elastizität, oder ihre Füllstoffe und Katalysatoren, die für das Verbinden mit den anderen Klebstoffkomponenten und das Klebeverhalten verantwortlich sind, untersucht werden, um zu ermitteln wie das Verhalten der Klebstoffkomponente in der realen Klebeanlage ist. Um die Belastung der Klebstoffkomponente in extreme Bereiche zu bringen, ist diese mehrfach durch den Prüfstand pumpbar.
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Ferner umfasst eine vorteilhafte Weiterbildung einen zweiten statischen Mischer, eine dritte Messmittelanordnung, einen dritten statischen Mischer und eine vierte Messmittelanordnung. Die zusätzlichen Komponenten sind in Reihe entlang des durch Kanäle gebildeten Strömungspfades von der Klebstoffkomponente durchströmbar nach der zweiten Messmittelanordnung angeordnet. Abhängig von dem zu simulierenden Klebevorgang sind der zweite statische Mischer und der dritte statische Mischer durch die jeweilige Ventilanordnung zu- bzw. wegschaltbar, sodass diese von dem zu analysierenden Polyol nicht durchströmt werden. Durch die zu- bzw. wegschaltbaren statischen Mischer ist eine Anpassung der Scherkraftbelastung auf das Polyol schnell und einfach vornehmbar. Die statischen Mischer dienen in dem Prüfstand der Simulation eines dynamischen Mischers der realen Klebeanlage. Die Scherbelastung auf das Polyol bzw. die Klebstoffkomponente ist durch die statischen Mischer auf die Scherbelastung durch den dynamischen Mischer der realen Klebeanlage anpassbar, indem der zweite und dritte statische Mischer durch die jeweilige Ventilanordnung zu- oder wegschaltbar ist. Zusätzlich sind die statischen Mischer durch andere Mischer mit anderen Scherbelastungswerten ersetzbar und/oder der Prüfstand mit weiteren statischen Mischern erweiterbar. Die Messmittelanordnungen sind jeweils direkt vor dem ersten statischen Mischer und direkt nach dem ersten, zweiten und dritten statischen Mischer entlang des Strömungspfades von der Klebstoffkomponente durchströmbar angeordnet. Durch die Entnahmevorrichtungen ist jeweils eine ca. 300 ml große Kartusche mit der Klebstoffkomponente abfüllbar. Die Temperaturmesser der Messmittelanordnungen sind in einer Ausführungsform jeweils schnellreagierende NiCr-Ni Thermoelemente. Der Druckmesser der Messmittelanordnung ist jeweils eine piezoresisitve Messzelle mit metallischer Messmembran. Die Werte der Temperatur und des Drucks werden jeweils im Wesentlichen an der gleichen Stelle im Strömungspfad gemessen.
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Bei einer vorteilhaften Ausbildungsform umfassen die erste, zweite, dritte und vierte Messmittelanordnung jeweils einen Druckmesser, einen Temperaturmesser und eine Entnahmevorrichtung, die nacheinander strömungsverbunden angeordnet sind.
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Vorteilhaft ist eine Weiterbildung, bei der die Klebstoffkomponente aus dem Strömungspfad nach der zweiten Messmittelanordnung und/oder der dritten Messmittelanordnung durch jeweils eine Ventilanordnung in einen zweiten, von Kanälen gebildeten Strömungspfad oder einen dritten, von Kanälen gebildeten Strömungspfad umleitbar ist. Durch den umleitbaren Strömungspfad durch zusätzlich den zweiten statischen Mischer und die dritte Messmittelanordnung bei dem zweiten Strömungspfad oder alternativ durch zusätzlich den zweiten statischen Mischer, die dritte Messmittelanordnung, den dritten statischen Mischer und die vierte Messmittelanordnung bei dem dritten Störmungspfad, ist die Scherbelastung auf die Klebstoffkomponente einstellbar.
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Die Pumpe ist bei einer vorteilhaften Variante eine Schöpfkolbenpumpe. Diese entspricht der Pumpe in der realen Klebeanlage und verursacht daher eine identische Scherung.
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Der Scherkanal ist bei einer Weiterbildungsform ein Hochdruckschlauch mit einer Hochdruckschlauchnennweite zwischen DN 12 und DN 16 und einer Hochdruckschlauchlänge zwischen 6 m und 12 m, wobei insbesondere eine Hochdruckschlauchnennweite von DN 12 und eine Hochdruckschlauchlänge von 12 m vorteilhaft ist. Die Scherstrecke, die durch den Scherkanal gebildet ist, entspricht in der Klebeanlage der Verbindungsleitung zwischen der Fasspumpe und einem Dosierer, der in dem Prüfstand durch den Durchflussregler simuliert ist. Die Scherbelastung für die Klebstoffkomponente beträgt entlang der Scherstrecke vorzugsweise 63,0 1/s bei einem Volumenstrom von 10 cm3/s. Durch die Schwankung des Volumenstroms zwischen 8 und 12 cm3/s beträgt die Scherrate entlang der Scherstrecke zwischen 52 und 74 1/s.
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Der erste, zweite und dritte statische Mischer besitzen bei einer vorteilhaften Ausführungsform einen Mischerdurchmesser von 25 mm–50 mm, bei einer Mischerlänge von 1 m bis 2 m, wobei ein Mischerdurchmesser von 25 mm bei einer Mischerlänge von 1,15 m besonders vorteilhaft ist.
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An einem Ende in Strömungsrichtung entlang des Strömungspfades, des zweiten Strömungspfades und des dritten Strömungspfades sind jeweils ein Drosselventil und ein Absperrventil angeordnet. Durch das Absperrventil ist der jeweilige Strömungspfad unterbrechbar, sodass der Druck in den pumpenseitigen Verbindungsleitungen bzw. Verbindungskanälen und Komponenten steigt und das Polyol an den pumpenseitigen Entnahmevorrichtungen leichter entnehmbar ist. Die jeweilige Drossel eines Strömungspfades wirkt für die Pumpe als Widerstand, wodurch der von der Pumpe aufgebaute Druck im Prüfstand und der Volumenstrom der Klebstoffkomponente durch den Prüfstand einstellbar sind.
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Der Strömungspfad, der zweite Strömungspfad und der dritte Strömungspfad münden bei einer vorteilhaften Weiterbildungsform in einer Teleskopstange. Die Teleskopstange führt in den Vorratsbehälter und an ihrem Ende ist im Vorratsbehälter eine Folgeplatte angeordnet. Durch die hohle Teleskopstange und die Folgeplatte wird die Klebstoffkomponente bzw. das Polyol zurück in den Vorratsbehälter gefördert. Die Teleskopstange erstreckt sich bis zum unteren Ende des Vorratsbehälters und verteilt die Klebstoffkomponente durch die Folgeplatte gleichmäßig am Grund des Vorratsbehälters, sodass die zuerst in den Vorratsbehälter geförderte Klebstoffkomponente von der Pumpe nach einem Durchpumpzyklus wieder zuerst aus dem Vorratsbehälter entnommen wird. Das ermöglicht eine gleichmäßige Belastung der gesamten Klebstoffkomponentenmenge über mehrere Durchläufe durch den Prüfstand hinweg. Die Teleskopstange fährt bei einem Auswechseln des Vorratsbehälters nach oben, sodass dieser leicht gewechselt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zum Prüfen einer Klebstoffkomponente mit dem Klebstoffkomponentenprüfstand vorgeschlagen. Die Klebstoffkomponente wird bei einem Durchpumpzyklus von der Pumpe entlang des Strömungspfades aus dem Vorratsbehälter durch den Scherkanal, den Durchflussregler, die erste Messmittelanordnung, den ersten statischen Mischer und die zweite Messmittelanordnung zurück in den Vorratsbehälter gepumpt oder alternativ entlang des zweiten oder dritten Strömungspfades zusätzlich durch die jeweiligen statischen Mischer und Messmittelanordnungen gepumpt. Nach einer vorbestimmten Anzahl von Durchpumpzyklen wird jeweils eine Klebstoffkomponentenprobe an der Entnahmevorrichtung zur weiteren Analyse entnommen. Die vorbestimmte Anzahl von Durchpumpzyklen beträgt vorzugsweise zwischen 1 und 10. Die Entnahme an einer oder allen Entnahmestellen findet während eines Durchpumpzyklusses und/oder nach einem Durchpumpzyklus und/oder nach allen Durchpumpzyklen statt. Vorzugsweise wird eine Probe des Klebstoffs nach jedem Durchpumpzyklus entnommen, um die Eigenschaften des Klebstoffs in Abhängigkeit der auf den Klebstoff eingewirkten Belastung zu untersuchen. Ein Durchpumpzyklus ist das Durchpumpen der gesamten Klebstoffkomponentenmenge, die sich zu Beginn des jeweiligen Durchpumpzyklus im Vorratsbehälter befindet durch den Prüfstand, wobei die Klebstoffkomponente bei einem Durchpumpzyklus der gleichen Belastung wie bei der Verarbeitung in der Klebeanlage ausgesetzt ist. Zur Entnahme wird das jeweilige Absperrventil entlang des Strömungspfades in die Sperrstellung gebracht, sodass sich in den pumpenseitigen Messmittelanordnungen ein Druck aufbaut. Eine Klebstoffkomponentenprobe wird nach dem Erreichen eines gewünschten Druckes mit der jeweiligen Entnahmevorrichtung entnommen, indem eine Kartusche durch Öffnen der Entnahmevorrichtung abgefüllt wird. Zur luftfreien Abfüllung wird die Kartusche entsprechend des Volumenstroms der Klebstoffkomponente von der Entnahmevorrichtung weggeführt und die Entnahmevorrichtung nach dem Erreichen der gewünschten Probenmenge geschlossen. Nach dem Entnehmen der gewünschten Klebstoffkomponentenproben wird das Sperrventil wieder in die Durchflussstellung gebracht, sodass die Klebstoffkomponente im Prüfstand den Prüfstand wieder in Strömungsrichtung durchfließen kann. Der Druck und der Volumenstrom der Klebstoffkomponente im Prüfstand wird nach jedem Durchpumpzyklus angepasst und auf einen vorbestimmten Wert eingestellt, da sich die Eigenschaften der Klebstoffkomponente auf Grund einer Viskositätsabnahme durch die Belastung im Prüfstand ständig verändert.
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Bei dem Verfahren ist die Klebstoffkomponente Polyol. Der vorzugsweise verwendete Klebstoff besteht aus Polyisocyanat und Polyol. Da Polyisocyanat unter Einfluss der Luftfeuchte sehr schnell aushärtet bzw. mit Wasser zu festem Polyharnstoff reagiert und in der Rezeptur von Polyol die gesamten Füllstoffe und Katalysatoren, welche für die Reaktion und Aushärtung mit Polyisocyanat benötigt werden, integriert sind, wird nur das Polyol durch den Prüfstand belastet und analysiert. Für die Analyse wird das in den Kartuschen entnommene Polyol bzw. die Klebstoffkomponente zumindest zum Teil mit den weiteren Komponenten des Klebstoffs, wie dem Polyisocyanat, zusammengeführt.
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Zur Reinigung des Prüfstands ist die Klebstoffkomponente durch ein Dreiwegeventil in Strömungsrichtung nach den statischen Mischern und vor der Teleskopstange zur Rückleitung in den Vorratsbehälter aus dem Prüfstand ableitbar. Zusätzlich ist ein Reinigungsmittel durch ein weiteres in Strömungsrichtung nach der Pumpe und vor der Scherstrecke angeordnetes Dreiwegeventil in den Prüfstand einpumpbar, wodurch Reste der Klebstoffkomponente aus dem Prüfstand spülbar sind. Als Reinigungsmittel kann neben Flüssigkeiten auch Druckluft verwendet werden. Flüssige Reinigungsmittel sind alternativ auch in den Vorratsbehälter einbringbar und von dort durch den Prüfstand pumpbar.
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Neben Klebstoffkomponenten wie Polyol sind desweiteren weitere Materialien wie beispielsweise Wachs mit dem Klebstoffkomponentenprüfstand auf Scherung, Temperatur und Druck belastbar.
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Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung des Prüfstands.
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Die Figur ist beispielhaft schematisch.
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1 zeigt den Prüfstand 1 bzw. Klebstoffkomponentenprüfstand 1 in einer schematischen Darstellung. Die Klebstoffkomponente bzw. das Polyol wird in dem Vorratsbehälter 10 gelagert und aus diesem durch die Pumpe 11 durch den Prüfstand 1 gepumpt. Das Polyol wird durch den Scherkanal 12 gepumpt, der durch einen Hochdruckschlauch mit einer Länge von 12m und einer Nennweite von 12 DN gebildet ist. In Strömungsrichtung wird das Polyol nach dem Scherkanal 12 durch den Durchflussregler 13 gepumpt, dem sich die erste Messmittelanordnung 21 anschließt. Beim Durchströmen der ersten Messmittelanordnung 21 wird durch den Druckmesser 201 und den Temperaturmesser 202 sowohl Druck als auch Temperatur des Polyols gemessen. Das Polyol wird nach der ersten Messmittelanordnung 21 durch den ersten statischen Mischer 31 einer weiteren Scherbelastung ausgesetzt. Nach dem ersten statischen Mischer 31 wird erneut Druck und Temperatur durch einen Druckmesser 201 und einen Temperaturmesser 202 der zweiten Messmittelanordnung 22 gemessen. Abhängig von der Scherbelastung, die das Polyol während eines Durchpumpzyklusses erfahren soll, sind die Ventilanordnungen 30 so eingestellt, dass das Polyol dem ersten, zweiten oder dritten Strömungspfad folgt. Das Polyol wird bei dem ersten Strömungspfad nach der zweiten Messmittelanordnung 22 wieder in den Vorratsbehälter 10 gepumpt. Folgt das Polyol dem zweiten Strömungspfad, durchfließt es die erste Messmittelanordnung 21, den ersten statischen Mischer 31, die zweite Messmittelanordnung 22, den zweiten statischen Mischer 32 und die dritte Messmittelanordnung 23 und wird wieder in den Vorratsbehälter 10 gepumpt. Folgt das Polyol dem dritten Strömungspfad, durchfließt es die erste Messmittelanordnung 21, den ersten statischen Mischer 31, die zweite Messmittelanordnung 22, den zweiten statischen Mischer 32, die dritte Messmittelanordnung 23, den dritten statischen Mischer 33 und die vierte Messmittelanordnung 24 und wird wieder in den Vorratsbehälter 10 gepumpt. Am Ende des ersten, zweiten und dritten Strömungspfades sind entlang jedes Strömungspfades ein Absperrventil 42 und ein Drosselventil 41 angeordnet, bevor die Strömungspfade wieder zusammenlaufen. Mit Hilfe des Drosselventils 41 ist der Solldruck von 90 bar im Prüfstand einstellbar. Mit Hilfe des Absperrventils 42 ist der Druck pumpenseitig im Prüfstand für die Entnahme von Polyolproben an den Entnahmevorrichtungen 203 aufbaubar. Das Polyol wird nach dem Passieren des jeweiligen Strömungspfades durch die Teleskopstange 14 in den Vorratsbehälter 10 zurück gepumpt und durch die Folgeplatte 15 gleichmäßig am Boden des Vorratsbehälters 10 verteilt, sodass von der Pumpe 11 der Anteil des Polyols, der neu in den Vorratsbehälter 10 gepumpt wurde, zuletzt entnommen wird. An den Entnahmevorrichtungen 203 wird zu vorbestimmten Zeitpunkten eine Polyolprobe von je 300 ml entnommen. Nach dem Abschluss der Polyolprüfung im Prüfstand 1, nachdem das Polyol eine vorbestimmte Anzahl an Durchpumpzyklen durch den Prüfstand 1 gepumpt wurde, wird das Polyol aus dem Vorratsbehälter 10 durch den Prüfstand 1 durch das Dreiwegeventil 302 aus dem Prüfstand gepumpt. Anschließend wird der Prüfstand auf dem gleichen Weg von einem flüssigen Reinigungsmittel durchspült, das in den Vorratsbehälter eingefüllt wird. Zum Abschluss der Reinigung wird der Prüfstand durch das weitere Dreiwegeventil 301 mit Druckluft bei 3 bar durchspült, um Polyolreste und Reinigungsmittelreste aus dem Prüfstand 1 auszuspülen.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise ist statt eines statischen Mischers ein dynamischer Mischer verwendbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2814786 C3 [0003]
- DE 3041704 C2 [0003]
- DE 102004011099 B3 [0003]
- DE 102014018701 A1 [0003]
