DE102019123200A1

DE102019123200A1 - Vorrichtung und verfahren zum zuführen eines flüssigen mediums

Info

Publication number: DE102019123200A1
Application number: DE102019123200.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Reuter
Original assignee: Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH
Current assignee: Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH
Priority date: 2019-08-29
Filing date: 2019-08-29
Publication date: 2021-03-04
Anticipated expiration: 2039-08-30
Also published as: CN112439654A; US20210096012A1; JP2021032900A; DE102019123200B4; US11473955B2

Abstract

Eine Vorrichtung zum Zuführen eines flüssigen Mediums zu einer Dosiereinheit umfasst ein Gehäuse, in dem Medienkanäle angeordnet sind. Einer der Medienkanäle steht mit einem Fluidreservoir in Verbindung, das mit Druckluft beaufschlagbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zuführen eines flüssigen Mediums zu einer Dosiereinheit, beispielsweise zu einem Dosierventil, das beispielsweise ein Zwei-Komponenten-Medium in Form von Klebepunkten oder Klebelinien auf ein Werkstück dosiert. Beim Dosieren derartiger Medien ist einerseits das Zuführen der bereits gemischten Komponenten in konstanten und bekannten Mengen mit Problemen verbunden. Andererseits kann die geringe Topfzeit derartiger Medien zu Problemen führen, da Betriebsunterbrechungen oberhalb der Topfzeit die Viskosität des vorgemischten Mediums verändern.
Es ist die Aufgabe der vorliegende Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zuführen eines flüssigen Mediums zu einer Dosiereinheit zu schaffen, mit denen die oben beschriebenen Probleme beseitigt sind.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass ein Gehäuse vorgesehen ist, in dem ein erster im Volumen veränderbarer Medienkanal mit zumindest einem Einlass und zumindest einem Auslass angeordnet ist, wobei dieser erste Medienkanal von einem zweiten im Volumen veränderbaren Medienkanal mit Druck beaufschlagbar ist, welcher ebenfalls in dem Gehäuse angeordnet ist. Der zweite Medienkanal steht mit einem Fluidreservoir in Verbindung, das mit Druck beaufschlagbar ist, um eine Volumenvergrößerung des zweiten Medienkanals zu bewirken und dadurch den ersten Medienkanal mit Druck zu beaufschlagen, so dass das in dem ersten Medienkanal befindliche Medium aus diesem ausgetrieben wird.
Durch ein solche Vorrichtung ergibt sich zum einen der Vorteil, dass der erste Medienkanal getrennt von dem zweiten Medienkanal ausgebildet ist, so dass das System zur Druckbeaufschlagung nicht mit dem zu dosierenden Medium, beispielsweise einem bereits vorgemischten Zwei-Komponenten-Gemisch, in Berührung kommt. Zum anderen lässt sich die Volumenveränderung in dem Fluidreservoir, das mit dem zweiten Medienkanal verbunden ist, sehr genau ermitteln, wodurch auf das aus dem ersten Medienkanal ausgetriebene Volumen des flüssigen Mediums mit hoher Genauigkeit rückgeschlossen werden kann. Schließlich ergibt sich durch das Anordnen der beiden Medienkanäle in einem Gehäuse der Vorteil, dass eine sehr genaue Temperierung des zugeführten flüssigen Mediums erfolgen kann, so dass eine gewünschte Viskosität während des Dosierens erreicht werden kann.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Zuführen eines flüssigen Mediums zu einer Dosiereinheit, bei dem zunächst ein erster im Volumen veränderbarer Medienkanal mit dem Medium befüllt wird und anschließend das in dem ersten Medienkanal befindliche Medium durch Expandieren eines zweiten im Volumen veränderbaren Medienkanals, der neben dem ersten Medienkanal angeordnet ist, ausgetrieben wird. Ein solches Verfahren kann insbesondere taktweise durchgeführt werden, wobei insbesondere bei jedem zweiten Takt die Volumenvergrößerung des zweiten Medienkanals gemessen werden kann, um hieraus das Volumen des aus dem ersten Medienkanal ausgetriebenen Mediums zu ermitteln.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform kann das Gehäuse mit einer Heizeinrichtung versehen sein, die insbesondere einen Temperatursensor und/oder eine Temperaturregelung umfassen kann. Hierdurch lässt sich das in dem ersten Medienkanal befindliche Medium temperieren, um eine konstante und gewünschte Viskosität beim Dosieren einzustellen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können der erste und/oder der zweite Medienkanal zumindest teilweise flächig ausgebildet sein, wodurch eine vergleichsweise große Menge an Medium in den ersten Medienkanal zugeführt und aus diesem ausgetrieben werden kann. Wenn der erste und/oder der zweite Medienkanal Folienbeutel aufweisen oder teilweise aus einem Folienbeutel ausgebildet sind, kann ein großes Volumen temperiert und dosiert werden, wobei ein Austausch der Folienbeutel, beispielsweise bei einem verhärteten oder bereits angehärteten Medium, auf sehr kostengünstige Weise möglich ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der zweite Medienkanal einseitig verschlossen oder aber mittels eines Absperrelements verschließbar sein. Hierdurch lässt sich der zweite Medienkanal durch Druckbeaufschlagung des in diesem befindlichen Fluids, beispielsweise einer Flüssigkeit, expandieren. Wenn ein Absperrelement vorgesehen ist, kann dieses beispielsweise zum Erstbefüllen des zweiten Medienkanals bzw. des Fluidreservoirs geöffnet und ansonsten verschlossen werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Einlass des ersten Medienkanals einstückig mit einem statischen Mischer verbunden sein. Eine solche Einheit lässt sich kostengünstig herstellen und austauschen, beispielsweise nach einer die Topfzeit überschreitenden Betriebsunterbrechung.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Reservoir mit einer Füllstandsmesseinrichtung versehen sein, um hierdurch die Volumenvergrößerung des zweiten Medienkanals zu ermitteln. Da gleichzeitig mit der Volumenvergrößerung des zweiten Medienkanals ein in dem ersten Medienkanal befindliches Medium ausgetrieben wird, lässt sich durch eine solche Messung auch auf das Volumen des Mediums rückschließen, das der Dosiereinheit zugeführt worden ist. So kann es vorteilhaft sein, wenn die Füllstandsmesseinrichtung mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist, die aus einer Veränderung des Füllstands das Volumen ermittelt, welches den ersten Medienkanal während der Füllstandsänderung verlassen hat. Auch lässt sich überwachen, ob nicht ein Schlauch geplatzt ist und die härtende Mischung ausläuft.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Reservoir mit einem schwimmenden Kolben versehen sein, der mit Druck beaufschlagbar ist. Hierdurch wird einerseits eine Trennung zwischen dem Fluid innerhalb des Reservoirs und einem Druckfluid, beispielsweise Druckluft, erreicht. Andererseits lässt sich der schwimmende Kolben dazu heranziehen, eine Veränderung des Füllstands innerhalb des Reservoirs insbesondere berührungsfrei, beispielsweise mittels Hall-Sensoren zu ermitteln.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Gehäuse einen Hohlraum auf, der zur Aufnahme der beiden Medienkanäle angepasst ist. Ein solcher Hohlraum kann beispielsweise ein Volumen aufweisen, das der Summe aus dem maximalen oder maximal gewünschten Volumen des ersten Medienkanals und dem minimalen Volumen des zweiten Medienkanals entspricht. Auf diese Weise ist dafür gesorgt, dass das gesamte innerhalb des ersten expandierten Medienkanals befindliche Medium ausgetrieben wird, wenn der zweite Medienkanal mit Fluid befüllt worden ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Gehäuse zumindest zweiteilig ausgebildet sein, wobei beide Teile durch einen Schnellverschluss miteinander verbindbar sind. Auf diese Weise lässt sich ein rascher Austausch eines Medienkanals erzielen. Als Schnellverschlüsse kommen beispielsweise Schnappverschlüsse, Rändelschrauben, Magnethalterungen oder dergleichen in Frage.
Das in dem Fluidreservoir befindliche Fluid kann grundsätzlich beliebig sein. aufgrund der geringen Kompressibilität eignen sich insbesondere Flüssigkeiten als Fluid für das Reservoir und den zweiten Medienkanal. Zur Druckbeaufschlagung des Fluids in dem Reservoir kann Druckluft herangezogen werden, die insbesondere durch einen elektronischen Druckregler kontrolliert und überwacht werden kann.
Es kann ebenfalls vorteilhaft sein, wenn der erste Medienkanal mit nicht nur einem Auslass sondern mit mehreren Auslässen versehen ist, da dann mehrere Dosiereinheiten versorgt werden können.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine Schemadarstellung einer Vorrichtung zum Zuführen eines flüssigen Mediums zu einer Dosiereinheit;
2 eine Explosionsdarstellung eines Teils der Vorrichtung von 1; und
3a) - c) verschiedene Ansichten der Vorrichtung von 2 im zusammengebauten Zustand.

1 zeigt eine Vorrichtung zum Zuführen eines flüssigen Mediums, beim dargestellten Ausführungsbeispiel eines Zwei-Komponenten-Klebstoffs zu einer Dosiereinheit 10. Das flüssige Medium umfasst dabei zwei Komponenten A und B, die aus jeweils einem Tank 12 und 14 über jeweils ein Rückschlagventil 16 und 18 einem Pumpzylinder 20 und 22 zugeführt werden. Das Zuführen der beiden Komponenten erfolgt dabei mit einem Druck P, der ausreicht, die beiden Pumpzylinder 20 und 22 mit der jeweiligen Komponente zu befüllen. Hierbei wird das Mischungsverhältnis der Komponenten A und B durch den Durchmesser der beiden Pumpzylinder bestimmt.
Zum Austreiben der Komponenten A und B aus den Pumpzylindern 20 und 22 dient ein Antrieb 24, der über eine Spindel 26 einen Schlitten 28 aus der in 1 dargestellten Position nach unten bewegt, wodurch die beiden Komponenten A und B aus dem Pumpzylinder 20 und 22 in einen statischen Mischer 30 ausgetrieben werden, nachdem Sperrventile 33 und 35 aus der dargestellten Position von einer nicht dargestellten Steuerung in die Öffnungsstellung verschoben worden sind.
Innerhalb des statischen Mischers 30 werden die beiden Komponenten A und B miteinander vermischt und treten als gemischtes Medium durch einen Auslass 32 des statischen Mischers in einen ersten, im Volumen veränderbaren Medienkanal 34 aus. Der erste Medienkanal 34 ist zusammen mit einem zweiten im Volumen veränderbaren Medienkanal 36 in einem zweiteiligen Gehäuse 38 angeordnet.
2 verdeutlicht, dass der erste Medienkanal 34 einen Folienbeutel aufweist, wobei ein Einlass 40 des ersten Medienkanals 34 über eine Schlauchverbindung 42 einstückig mit dem Auslass 32 des statischen Mischers 30 verbunden ist. Der Einlass 40 des ersten Medienkanals 34, der grundsätzlich als rechteckiger Schlauchbeutel ausgebildet ist, ist an dessen Oberseite angeordnet, wobei an dessen Unterseite mehrere Auslässe 44 in Form von einstückig verbundenen Schlauchabschnitten angeformt sind. Jeder der Schlauchabschnitte 44 ist über eine Leitung 46 (1) mit einer Dosiereinheit 10 verbunden.
Der zweite ebenfalls innerhalb des Gehäuses 38 angeordnete Medienkanal 36 besitzt grundsätzlich die gleiche Größe und Form wie der erste Medienkanal 34, d.h. dieser ist ebenfalls als Folienbeutel bzw. Schlauchbeutel ausgebildet und an seiner Oberseite über eine Schlauchverbindung 48 mit einer Dosierspritze 50 verbunden, wobei zwischen der Schlauchverbindung 48 und der Dosierspritze 50 ein Absperrhahn 52 vorgesehen ist.
An der Unterseite des zweiten Medienkanals 36 ist als Auslass ein Schlauch 54 angeformt, der mit der Unterseite eines Fluidreservoirs 56 verbunden ist. Das Fluidreservoir 56 ist als zylinderförmige Kartusche ausgebildet, wobei im Innenraum der Kartusche ein schwimmender Kolben 58 angeordnet ist, der berührungslos mit einer außerhalb der Kartusche vorgesehenen Füllstandsmesseinrichtung 60 in Wechselwirkung steht, um den jeweiligen Füllstand innerhalb des Fluidreservoirs 56 zu ermitteln.
Der Kolben 58 wird an seiner Oberseite durch ein Luftpolster 62 mit Druckluft beaufschlagt, die durch einen elektronischen Druckregler 64 geregelt und durch eine Messeinrichtung 66 gemessen wird. Die Druckluft wird beispielsweise durch einen Drucktank 68 bereitgestellt.
Das Fluidreservoir 56 ist unterhalb des Kolbens 58 mit einer Stützflüssigkeit befüllt, beispielsweise mit Silikonöl, das von der Dosierspritze 50 blasenfrei in den zweiten Medienkanal 36 eingebracht worden ist. Durch Beaufschlagen des Kolbens 58 mit Druckluft kann das innerhalb des Fluidreservoirs 56 und innerhalb des zweiten Medienkanals 36 befindliche Fluid mit Druck beaufschlagt werden, so dass der zweite Medienkanal 36 sein Volumen vergrößert, d.h. expandiert. Durch diese Expansion lässt sich ein innerhalb des ersten Medienkanals 34 befindliches Medium in Richtung der Dosiereinheit austreiben, wenn die beiden Sperrventile 33 und 35 geschlossen sind.
Wie insbesondere 2 verdeutlicht, ist das Gehäuse 38 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei Halbschalen 70 und 72 gebildet, die mittels Rändelschrauben 74, die als Schnellverschluss dienen, miteinander verbunden. Die beiden Halbschalen 70 und 72 bilden im Inneren einen Hohlraum, der zur Aufnahme der beiden Medienkanäle 34 und 36 angepasst ist. Der Hohlraum besitzt ein Volumen, das dem maximalen Volumen eines Medienkanals zuzüglich dem minimalen Volumen des anderen Medienkanals entspricht. Weiterhin ist das Gehäuse 38 mit mehreren Heizpatronen 76 versehen, um die Fluide in dem ersten und dem zweiten Medienkanal über eine nicht dargestellte Temperaturregelung zu temperieren.
Für ein taktweises Zuführen eines flüssigen Mediums zu der Dosiereinheit 10 wird wie vorstehend beschrieben das Medium aus den beiden Komponenten A und B im statischen Mischer 30 vorgemischt und anschließend in den ersten Medienkanal 36 eingebracht. Hierbei wird gleichzeitig die in dem zweiten Medienkanal 36 befindliche Stützflüssigkeit verdrängt und in das Reservoir 56 ausgetrieben, wodurch sich der Füllstand im Reservoir 56 ändert und diese Füllstandsänderung gemessen wird. Anschließend wird bei geschlossenen Sperrventilen 33 und 35 der Kolben 58 mit Druckluft 62 beaufschlagt, so dass die innerhalb des zweiten Medienkanals 36 befindliche Stützflüssigkeit mit Druck beaufschlagt wird, wodurch das in dem ersten Medienkanal 34 befindliche Medium durch die Leitung 46 und die Dosiereinheit 10 ausgetrieben werden kann, wenn diese geöffnet wird. Hierdurch kann ein vollständiges Austreiben des in dem ersten Medienkanal 34 befindlichen Mediums erfolgen. Anschließend ist das Volumen des ersten Medienkanals 34 minimiert und das Volumen des zweiten Medienkanals 36 maximiert. Die hierbei erfolgte Füllstandsänderung kann durch die Messeinrichtung 60 gemessen werden und aus dieser Messung kann auf sehr genaue Art und Weise auf das Volumen rückgeschlossen werden, das durch die Dosiereinheit 10 dosiert worden ist. Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass für diese Messung keine Komponenten mit dem Dosiermedium in direkter Verbindung stehen.
Weiterhin ist besonders vorteilhaft, dass die Einheit aus statischem Mischer 30 und erstem Medienkanal 34 mit den daran angeformten Auslässen 44 als Wegwerfartikel bzw. Einwegartikel aus Kunststoff gestaltet ist, der auf einfache, kostengünstige und schnelle Weise nach einer Betriebsunterbrechung ausgetauscht werden kann.

Claims

Vorrichtung zum Zuführen eines flüssigen Mediums zu einer Dosiereinheit (10), umfassend ein Gehäuse (38), in dem ein erster im Volumen veränderbarer Medienkanal (34) mit zumindest einem Einlass (40) und zumindest einem Auslass (44) angeordnet ist, der von einem zweiten im Volumen veränderbaren Medienkanal (36) mit Druck beaufschlagbar ist, welcher ebenfalls in dem Gehäuse (38) angeordnet ist, wobei der zweite Medienkanal (36) mit einem Fluidreservoir (56) in Verbindung steht, das mit Druck beaufschlagbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (38) mit einer Heizeinrichtung (76) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste und oder der zweite Medienkanal (34, 36) teilweise flächig ausgebildet sind und insbesondere Folienbeutel aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Medienkanal (36) einseitig verschlossen oder mittels eines Absperrelements (52) verschließbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Einlass (40) des ersten Medienkanals (34) einstückig mit einem statischen Mischer (30) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Fluidreservoir (56) mit einer Füllstandsmesseinrichtung (60) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Füllstandsmesseinrichtung (60) mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist, die aus einer Veränderung des Füllstands das Volumen ermittelt, welches den ersten Medienkanal (34) während der Füllstandsänderung verlassen hat.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Fluidreservoir (56) mit einem schwimmenden Kolben (58) versehen ist, der mit Druck beaufschlagbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (38) einen Hohlraum aufweist, der zur Aufnahme der beiden Medienkanäle (34, 36) angepasst ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (38) zumindest zweiteilig ausgebildet ist und beide Teile durch einen Schnellverschluss (74) miteinander verbindbar sind.
Verfahren zum Zuführen eines flüssigen Mediums zu einer Dosiereinheit, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte: Befüllen eines ersten im Volumen veränderbaren Medienkanals mit dem Medium; und Austreiben des in dem ersten Medienkanal befindlichen Mediums durch Expandieren eines zweiten im Volumen veränderbaren Medienkanals, der neben dem ersten Medienkanal angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei nach dem Austreiben des Mediums ein erneutes Befüllen des ersten Medienkanals erfolgt, und wobei bei dem Befüllen ein Komprimieren des zweiten Medienkanals bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Expandieren des zweiten Medienkanals durch eine in dem zweiten Medienkanal befindliche Flüssigkeit erfolgt, die mit Druck beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11-13, wobei ein Austreiben des Mediums und ein erneutes Befüllen des ersten Medienkanals taktweise erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11-14, wobei die Volumenvergrößerung bei der Expansion des zweiten Medienkanals gemessen wird und hieraus das Volumen des aus dem ersten Medienkanal ausgetriebenen Mediums ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11-15, wobei das in dem ersten Medienkanal befindliche Medium temperiert wird.
Einwegartikel zur Verwendung in einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bestehend aus einem statischen Mischer (30), an den über eine Schlauchverbindung (42) ein Folienbeutel angeformt ist, der zumindest einen angeformten Auslass (44) aufweist.