DE20212963U1 - Vorrichtung zur Erzeugung von homogenen Gemischen und zur Erzeugung und Prüfung von Formkörpern - Google Patents

Vorrichtung zur Erzeugung von homogenen Gemischen und zur Erzeugung und Prüfung von Formkörpern

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Description

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Claims (22)

1. Vorrichtung zur schnellen Erzeugung von homogenen oder qua­ si-homogenen Gemischen vorgegebener Zusammensetzung aus Komponentensystemen
  • A) aus zwei oder mehr viskosen oder pastosen Fluids
oder
  • A) aus einem oder mehreren viskosen oder pastosen Fluids und einem oder mehreren Additiven,
die aufweist:
  • - eine Förder- und Vormischeinrichtung (40), die umfaßt:
  • - eine Fördereinrichtung (41) mit einem oder mehreren Ein­ lässen (42) für mindestens eines der viskosen oder pasto­ sen Fluids des Komponentensystems (A oder B) als Material für einen Primärstrom (43), die das Material als Primär­ strom (43) bei konstantem und wählbarem Durchsatz in einer vorgegebenen Strömungsrichtung (44) fördern kann, und
  • - eine Vormischeinrichtung (45), die vorzugsweise am strom­ abseitigen Ende (46) der Fördereinrichtung (41) angeordnet ist und aufweist:
  • - einen Haupteinlaß (47) für den Primärstrom (43) aus der Fördereinrichtung (41),
  • - einen oder mehrere Einlässe (48) für die übrigen Kompo­ nenten des Komponentensystems (A oder B), die sich im wesentlichen in der gleichen Ebene (52) quer zur Strö­ mungsrichtung (44) des Primärstroms (43) befinden, die vorzugsweise in der Nähe des Haupteinlasses (47) oder am Haupteinlaß (47) liegt, und
  • - Einführungsmittel (49), die mit den Einlässen (48) ver­ bunden und so ausgebildet sind, daß die übrigen Kom­ ponenten des Komponentensystens (A oder B) in Form eines oder mehrerer Sekundärströme (50, 51) mit dem Primärstrom (43) in Kontakt gebracht und/oder in diesen eingeführt werden können,
sowie
  • - eine Mischeinrichtung (53) mit radialer Mischwirkung, deren Einlaß (54) am Ausgang (55) der Vormischeinrichtung (45) angeordnet ist und an deren Ausgang (56) das homogene oder quasi-homogene Gemisch aus dem Komponentensystem (A oder B) austritt (Fig. 1A, 1B).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der Haupteinlaß (47) der Vormischeinrichtung (45) für den Primärstrom (43) im wesentlichen auf der gleichen axialen Höhe (51) am auslaßseitigen Ende der Vormischeinrichtung liegt wie die Einlässe (48) für die Sekundärströme (50, 51),
  • - die Vormischeinrichtung (45) eine eigene Fördereinrichtung (5, 6) mit zwei einander entgegengesetzten Förderrichtungen aufweist und in der ersten Förderrichtung (44, 1.) mit dem Material des Primärstroms (43) und des bzw. der Sekundär­ ströme (50) füllbar ist, wobei der Primärstrom (43) mit den Sekundärströmen (50, 51) in Kontakt kommt, während in der zweiten Förderrichtung (44, 2.) das in der Vormischeinrich­ tung (45) gebildete Vorgemisch der Komponenten des Kom­ ponentensystems (A oder B) in bzw. durch die Mischeinrich­ tung (53) förderbar ist (Fig. 1B).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner ein Formwerkzeug (21) aufweist, das mit dem Ausgang (56) der Mischeinrichtung (53) verbunden oder verbind­ bar ist, vorzugsweise ein Spritzgießwerkzeug oder ein Strang­ gießwerkzeug.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (5, 6) der Vormischeinrichtung (45) im wesentlichen aus einem darin in einem Zylinder (4) vorgesehe­ nen Kolben (5) und einem Kolbenantrieb (6) (Spritzeinheit) be­ steht, wobei der Kolben in Axialrichtung im Zylinder (4) zurück- und vorbewegbar ist und beim Zurückbewegen des Kolbens (5) in eine untere Hubstellung aus dem Primärstrom (43) und dem bzw. den Sekundärströmen (50), die in der ersten Strömungs­ richtung (44, 1.) strömen, ein Vorgemisch der Komponenten des Komponentensystems (A oder B) gebildet wird, das bei anschlie­ ßendem Vorbewegen des Kolbens (5) in eine obere Hubstellung in bzw. durch die Mischeinrichtung förderbar ist (Fig. 1B).
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormischeinrichtung (45) aus­ gebildet ist
  • - als im wesentlichen zylindrisches Element, das am Umfang eine oder mehrere in den Primärstrom (43) mündende Öff­ nungen oder Düsen (57) zur Einführung von Sekundärströ­ men (50, 51) über die Einlässe (48) aufweist;
oder
  • - als senkrecht zur Strömungsrichtung (44) des Primärstroms (43) angeordnete blendenartige und vom Primärstrom (43) durchströmbare und/oder umströmbare Platte oder Scheibe (58), die Öffnungen oder Düsen (57) zur Einführung von Se­ kundärströmen (50, 51) über die Einlässe (48) aufweist, die auf der Stromabseite (59) der Platte oder Scheibe (58) axial in Strömungsrichtung oder in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung (44) des Primärstroms (43) in den Pri­ märstrom (43) münden;
oder
  • - als im Primärstrom (43) angeordneter, vom Primärstrom (43) umströmter und vorzugsweise im wesentlichen rotations­ symmetrischer Strömungskörper (60), der Öffnungen oder Düsen (57) zur Einführung von Sekundärströmen (50, 51) über die Einlässe (48) aufweist, die auf der Stromabseite des Strömungskörpers (60) in den Primärstrom (43) münden (Fig. 1C, 1D, 1E).
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie modular aufgebaut ist, wobei die Fördereinrichtung (41), die Vormischeinrichtung (45), die Mi­ scheinrichtung (53) und gegebenenfalls auch das Formwerkzeug (21) als Module ausgebildet sind, die vorzugsweise durch Schnellverschlüsse lösbar miteinander verbindbar sind.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (41) im we­ sentlichen aus einer Einheit aus Plastifizierschnecke (61) und Kolben (63) besteht (Fig. 1F).
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • - die Fördereinrichtung (41) umfaßt eine Schnecken- Plastifiziereinheit (71), der über einen Einlaß (42) das Mate­ rial für den Primärstrom zugeführt werden kann und deren auslaßseitiges Ende mit der Vormischeinrichtung (45) ver­ bunden ist;
  • - die Plastifizierschnecke (61) der Plastifiziereinheit (71) weist eine durchgehende axiale Bohrung auf, durch die eine darin axial verschiebbare Kolbenstange (62) hindurchgeht, an de­ ren am ausgangsseitigen Ende der Plastifiziereinheit liegen­ den Ende ein Kolben (63) angeordnet ist;
  • - die Vormischeinrichtung (45) ist an ihrem Haupteinlaß (47) mit dem Gehäuse (65) der Plastifiziereinheit (71) verbunden;
  • - am Haupteinlaß (47) der Vormischeinrichtung (45) ist ein Zy­ linder vorgesehen, der mit der Vormischeinrichtung (45) ver­ bunden oder Teil der Vormischeinrichtung (45) ist und in den der Kolben (63) bei axialer Vorbewegung über die Kolben­ stange (62) eindringen kann;
  • - die Kolbenstange (62) mit dem Kolben (63) sowie die Plastifi­ zierschnecke (61) werden unabhängig steuerbar von einer Antriebseinheit (66) angetrieben,
    wobei in der untersten Hubstellung des Kolbens (63) das von der Plastifiziereinheit (71) geförderte, plastifizierte Material des Primärstroms (43) über einen zwischen dem Kolben (63) und dem Gehäuse (65) vorgesehenen Ringspalt (64) in die Vormischeinrichtung (45) eintreten und mit den Sekundär­ strömen (50, 51) in Kontakt kommen kann und bei axialem Vorschieben des Kolbens (63) mit der Kolbenstange (62) der Ringspalt (64) und die Einlässe (48) der Vormischeinrichtung (45) für die übrigen Komponenten des Komponentensystems (A oder B) durch den Kolben (63) verschlossen werden, der bei weiterem Verschieben das in der Vormischeinrichtung (45) resultierende eingeschlossene Komponentensystem (A oder B) durch die Mischeinrichtung (53) fördert (Fig. 1F).
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet, durch folgende Merkmale:
  • - die Fördereinrichtung (41) umfaßt eine Schnecken- Plastifiziereinheit (71), der über einen Einlaß (42) das Mate­ rial für den Primärstrom zugeführt werden kann und deren auslaßseitiges Ende mit der Vormischeinrichtung (45) ver­ bunden ist;
  • - die Plastifizierschnecke (61) der Plastifiziereinheit (71) ist am auslaßseitigen Ende mit einem Kolben (63) fest verbunden, der in einem Zylinder (70) axial verschiebbar angeordnet ist, der mit der Vormischeinrichtung (45) verbunden oder Teil der Vormischeinrichtung (45) ist;
  • - der Kolben (63) weist einen zentralen axialen Schmelzekanal (67) auf, der am freien Ende des Kolbens (63) mit einem Ventil (69) ausgerüstet ist und in die Vormischeinrichtung (45) mündet und an seinem anderen Ende im Bereich der Verbindung mit der Plastifizierschnecke (61) in radial ange­ ordneten Eintrittöffnungen (68) endet;
  • - die Plastifizierschnecke (61) mit dem damit verbundenen Kol­ ben (63) ist steuerbar von einer Antriebseinheit (66) angetrie­ ben und axial verschiebbar, wobei in der untersten Hubstel­ lung des Kolbens (63) von der Plastifiziereinheit (71) geförder­ tes, plastifiziertes Material des Primärstroms (43) über die radialen Eintrittsöffnungen (68) in den axialen Schmelzekanal (67) eintreten und an dessen auslaßseitigem Ende in die Vormischeinrichtung (45) hinein austreten und mit den Se­ kundärströmen (50, 51) in Kontakt kommen kann, und bei axialem Vorschieben des Kolbens (63) über die Plastifizier­ schnecke (61) der Zutritt des Primärstroms (43) zur Vor­ mischeinrichtung (45) durch das Ventil (69) sowie über den Kolben (63) die Einlässe (48) der Vormischeinrichtung (45) für die übrigen Komponenten des Komponentensystems (A oder B) durch den Kolben (63) verschlossen werden, der bei weite­ rem Vorschieben das in der Vormischeinrichtung (45) resul­ tierende eingeschlossene Komponentensystem (A oder B) durch die Mischeinrichtung (53) fördert (Fig. 1G).
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • - die Fördereinrichtung (41) umfaßt eine Schneckenplastifi­ ziereinheit (71), der über einen Einlaß (42) das Material für den Primärstrom zugeführt werden kann und deren auslaß­ seitiges Ende mit der Vormischeinrichtung (45) verbunden ist;
  • - die Plastifizierschnecke (61) der Plastifiziereinheit (71) weist eine durchgehende axiale Bohrung auf, durch die ein darin axial verschiebbarer Kolben (63) hindurchgeht, der sich am ausgangsseitigen Ende der Plastifiziereinheit (41) fortsetzt und in einem Zylinder (70) axial verschiebbar ist, der mit der Vormischeinrichtung (45) verbunden oder Teil der Vormisch­ einrichtung (45) ist;
  • - der Kolben (63) weist in dem Teil, der im Zylinder (70) liegt, einen zentralen axialen Schmelzekanal (67) auf, der am freien Ende des Kolbens (63) mit einem Ventil (69) ausgerüstet ist und in die Vormischeinrichtung (45) mündet und an seinem anderen Ende, das im Bereich des auslaßseitigen Endes der Plastifiziereinrichtung (71) liegt, in radial angeordneten Ein­ trittsöffnungen (68) endet;
  • - die Plastifizierschnecke (61) sowie der Kolben (63) sind unab­ hängig steuerbar von einer Antriebseinheit (66) angetrieben, wobei in der untersten Hubstellung des Kolbens (63) von der Plastifiziereinheit (71) gefördertes plastifiziertes Material des Primärstroms (43) über die radialen Eintrittsöffnungen (68) in den axialen Schmelzekanal (67) eintreten und an dessen auslaßseitigem Ende in die Vormischeinrichtung (45) hinein austreten und mit den Sekundärströmen (50, 51) in Kontakt kommen kann und bei axialem Vorschieben des Kolbens (63) durch die Plastifizierschnecke (61) die radialen Eintrittsöff­ nungen (68) und die Einlässe (48) der Vormischeinrichtung (45) für die übrigen Komponenten des Komponentensystems (A oder B) durch den Kolben (63) verschlossen werden, der bei weiterem Vorschieben das in der Vormischeinrichtung (45) resultierende eingeschlossene Komponentensystem (A oder B) durch die Mischeinrichtung (53) fördert (Fig. 1H).
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- die Fördereinrichtung (41) umfaßt eine von einem Antrieb (66) steuerbar angetriebene Schnecken-Plastifiziereinheit (71) mit einer Plastifizierschnecke (61), der über einen Einlaß (42) das Material für den Primärstrom zugeführt werden kann, sowie einen Zylinder (70) mit einem darin axial verschiebba­ ren Kolben (63), wobei der Zylinder (70) mit der Vormischein­ richtung (45) verbunden oder Teil der Vormischeinrichtung (45) ist;
  • - der Zylinder (70) weist einen seitlich, vorzugsweise senkrecht zur Achse des Zylinders (70) angeordneten Einlaß (72) im Be­ reich des Endes auf, das zur Vormischeinrichtung (45) hin liegt, der über einen Schmelzekanal (73) mit dem auslaßseiti­ gen Ende der Plastifiziereinheit (71) verbunden ist;
  • - der Kolben (63) weist eine seitliche, vorzugsweise senkrecht zur Achse des Kolbens (63) radial angeordnete Eintrittsöff­ nung (74) auf, an die sich ein vorzugsweise rechtwinklig ab­ gewinkelter Schmelzekanal (75) anschließt, der von der Ein­ trittsöffnung (74) ausgehend vorzugsweise zunächst in Ra­ dialrichtung und dann zentral in axialer Richtung des Kol­ bens (63) verläuft und in die Vormischeinrichtung (45) mün­ det;
  • - der Kolben (63) ist von einer steuerbaren Antriebseinheit (76) axial verschiebbar angetrieben, wobei in der untersten Hub­ stellung des Kolbens (63) die Eintrittsöffnung (74) des Kol­ bens (63) mit dem Einlaß (72) des Zylinders (70) fluchtet, so daß von der Plastifiziereinheit (71) über den Schmelzekanal (73) gefördertes, plastifiziertes Material des Primärstroms (43) durch den Einlaß (72) und die Eintrittsöffnung (74) in den Schmelzekanal (75) des Kolbens (63) gelangen und aus ihm in die Vormischeinrichtung (45) einströmen und dort mit den Sekundärströmen (50, 51) in Kontakt kommen kann und bei axialem Vorschieben des Kolbens (63) die Eintrittsöffnung (74) sowie die Einlässe (48) der Vormischeinrichtung (45) ver­ schlossen werden und bei weiterem Vorschieben das in der Vormischeinrichtung (45) resultierende eingeschlossene Komponentensystem (A oder B) durch die Mischeinrichtung (53) gefördert wird (Fig. 11).
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • - die Fördereinrichtung (41) umfaßt einen Schubschneckenex­ truder (77) mit einer Schubschnecke (78), dem über einen Einlaß (42) das Material für den Primärstrom zugeführt wer­ den kann und dessen auslaßseitiges Ende mit der Vormisch­ einrichtung (45) verbunden ist;
  • - die Schubschnecke (78) ist steuerbar von einer Antriebsein­ heit (66) angetrieben, wobei in der untersten Hubstellung der Schubschnecke (78) das geförderte, plastifizierte Material des Primärstroms (43) in die Vormischeinrichtung (45) gefördert wird und dort mit den Sekundärströmen (50, 51) in Kontakt kommt und das resultierende Komponentensystem (A oder B) in die Mischeinrichtung (53) gefördert wird und beim Vor­ schieben der Schubschnecke (78) das Formwerkzeug (21) gefüllt wird (Fig. 1J).
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Zufüh­ rungseinrichtungen (14, 15, 16, 16') bzw. ein oder mehrere Ein­ führungsmittel (49) für Sekundärströme (50, 51) und/oder die Fördereinrichtung (41) Dosierfunktion besitzen oder eine Do­ siereinrichtung aufweisen (Fig. 1A, 1B, 1F bis IJ, 2A, 2B, 4).
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 13, gekennzeichnet durch
  • - ein Transportsystem (35)
und
  • - eine oder mehrere Prüfeinrichtungen (29) zur Prüfung von Ei­ genschaften der Formkörper,
wobei das Transportsystem (35) mindestens eine der folgenden Funktionen durchführen kann:
  • a) Entnahme oder Erhalt von Formkörpern aus einem Form­ werkzeug (21), einer Schneid- oder Stanzeinrichtung (36), einem Magaziniersystem (24), einem Magazin (34) und/oder einem Archivlager (37),
  • b) Transport von Formkörpern zu einer oder mehreren Prüfein­ richtungen (29),
  • c) Transport von Formkörpern von einer oder mehreren Prüf­ einrichtungen (29) zu einer oder mehreren anderen Prüf­ einrichtungen (29),
  • d) Transport von Formkörpern von einer oder mehreren Prüf­ einrichtungen zu einem Magaziniersystem (24), in ein Magazin (34), ein Archivlager (37) und/oder einen Abfall­ sammelbehälter,
  • e) Transport von Formkörpern von einem Magaziniersystem (24) oder einem Magazin (34) in ein anderes Magaziniersy­ stem (24) oder ein anderes Magazin (34),
  • f) Anbringen und/oder Lesen einer Codierung an Formkörpern oder Magazinen (34) und Steuerung der Transportvorgänge in Abhängigkeit von der Codierung,
  • g) Transport von Magazinen, in denen Formkörper magazinier­ bar sind, zu Abgabestellen oder Rückgabestellen,
wobei vorzugsweise eine oder mehrere der Funktionen (i) bis (vii) sequentiell und/oder parallel durchführbar sind (Fig. 2B, 10, 11).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Magaziniersystem (24) aufweist, das ein Magazin (34) oder mehrere Magazine (34) umfaßt, in denen erzeugte Formkörper gelagert oder zwischengelagert werden können (Fig. 2B).
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Einführungsmit­ tel (49) für Sekundärströme (50, 51) und/ oder die Fördereinrich­ tung (41) für den Primärstrom (43) eine Vorrichtung nach An­ spruch 1 oder 2 sind.
17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Reaktor oder einen Re­ aktionsabschnitt aufweist, der entweder zwischen der Vormisch­ einrichtung (45) und der Mischeinrichtung (53) angeordnet oder Teil der Mischeinrichtung (53) ist oder durch die Mischeinrich­ tung (53) gebildet wird.
18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Steuereinrichtung (26) aufweist, die eine oder mehrere oder sämtliche Funktionen der Vorrichtung steuert.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (26) einen Computer, insbesondere einen Mikrocomputer, oder ein Computernetzwerk mit einem zentralen Rechner oder eine speicherprogrammierbare Steuerung und/oder ein Neuronales Netzwerk aufweist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuereinrichtung (26) mindestens eine der folgen­ den Einrichtungen oder Funktionen steuert:
  • - die Fördereinrichtung (41);
  • - die Vormischeinrichtung (45);
  • - Kolbenantriebe bzw. Antriebseinheiten (6; 66; 76; 81);
  • - Einführungsmittel für Sekundärströme bzw. ihre Dosierein­ richtungen (49);
  • - die Zusammensetzung des Primärstroms (43) und/oder von Sekundärströmen (50, 51);
  • - die Mischeinrichtung (53);
  • - die Formhälften (22, 23) bzw. den Werkzeugantrieb (25);
  • - ein Magaziniersystem (24);
  • - ein oder mehrere Magazine (34);
  • - ein Transportsystem (35);
  • - Prüfeinrichtung(en) (29);
  • - eine Codiereinrichtung;
  • - die Codierung von Formkörpern und von Entnahmestellen und/oder Abgabestellen von Magazinen (34);
  • - die Erfassung, Auswertung, Verarbeitung, Speicherung, Wei­ terleitung und/oder Ausgabe von Prüfergebnissen.
21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (26) so ausgebildet ist, daß sie die Formkörpererzeugung in getakteter Weise steuert, wobei
  • - in einem Gemischerzeugungstakt die Verfahrensabschnitte (I) bis (III) durchgeführt werden
und
  • - in einem oder mehreren darauf folgenden Formgebungstak­ ten Formkörper aus den homogenisierten Gemischen erzeugt werden,
wonach diese Abfolge eines Gemischerzeugungstaktes und eines oder mehrerer darauf folgender Formgebungstakte beliebig oft wiederholbar ist.
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