-
Verfahren und Gerät zum kontinuierlichen Dosieren und Mischen von
Teilmengen zähflüssiger Stoffe Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen
Dosieren und Mischen von Teilmengen zähflüssiger, insbesondere mit Feststoffpartikeln
beladener Stoffe, wie Gießharze, wobei die Stoffe aus einer entsprechenden Anzahl
von Vorratsbehältern über absperrbare Verbindungsleitungen dosiert einem Mischer
zugeführt werden.
-
Ein solches Verfahren ist aus der Druckschrift "EPSILON 221" der Anmelderin
bekannt. Das dort beschriebene Gerät dient zum Einkapseln von elektrischen Bauelementen
unter Vakuum mit Polyester-, Epoxyd- und Polyurethanharzen, wobei oftmals diese
Harze noch mit Quarzpartikeln gefüllt sind, um die dielektrischen Eigenschaften
des fertigen Produktes zu verbessern und den Harzverbrauch zu verringern. Das beschriebene
Gießharzsystem besteht aus mehreren Komponenten und wird in zwei nicht miteinander
reagierende und in der Viskosität ähnliche Vormischungen aufgeteilt und in zwei
Vorratsbehältern eingegeben. Das Nutzvolumen der Vorratsbehälter ist so angelegt,
daß es beispielsweise einen Tagesverbrauch der Gesamtanlage deckt. In den Vorratsbehältern
werden die Gießharzanteile durch Rühren unter
Vakuum und ggf. unter
Wärme entgast, entfeuchtet und homogenisiert.
-
Zur Herstellung des Endgemisches wird das entgaste Material aus den
Vorratsbehältern taktweise in die zu vergießenden Töpfe eingegeben.
-
Obwohl sich das beschriebene System als recht befriedigend erwiesen
hat, ergab sich ein Schwachpunkt bei den Ventilen, die zur Absperrung der zwischen
den dosierenden Vorratsbehältern und dem Mischer vorgesehen sind. Da für jeden Takt
diese Ventile geöffnet und wieder geschlossen werden müssen, ist die Belastung dieser
Ventile und deren Abnutzung sehr groß. Der Abnutzungseffekt verstärkt sich noch
dramatisch, wenn in zumindest einer der Komponenten eine Feststoffteilchenbeladung
enthalten ist, beispielsweise Quarzpartikel. Wenn aber die Ventile nicht mehr genau
schließen, kann es zu Ungenauigkeiten bei der Dosierung kommen, so daß bei den vergossenen
Teilen später nicht mehr genau feststellbar ist, in welchen Proportionen die einzelnen
Komponenten in der Vergußmasse enthalten sind.
-
Das bedeutet beispielsweise, daß die dielektrischen Eigenschaften
der Vergußmasse nicht mehr genau definiert sind.
-
Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren
bzw. ein Gerät zu schaffen, das auch über längere Zeit und bei beladenen zu mischenden
Stoffen zuverlässig arbeitet und insbesondere eine genaue Ermittlung der Anteile
der verschiedenen Stoffe in dem fertigen Mischprodukt erlaubt.
-
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren der
eingangs genannten Art, das durch folgende kennzeichnende Verfahrensschritte sich
auszeichnet: a) zunächst wird ein N-faches der dosierten Menge aus jedem der Vorratsbehälter
über eine Verbindungsleitung in einen Dosierpumpenkolbenzylinder abgegeben und dabei
der Kolben aus dem Zylinder herausgedrückt.
-
b) Anschließend wird die abgegebene Menge durch Ermitteln der Gewichtsabnahme
des Vorratsbehälters festgestellt.
-
c) Schließlich wird durch schrittweises Hereindrücken des Dosierpumpenkolbens
die Gesamtmenge in Form von N Teilmengen über eine andere Verbindungsleitung an
den Mischer abgegeben.
-
Im Verfahrensschritt b) kann gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Ermittlung der abgegebenen Menge auch die Gewichtszunahme der Dosierpumpenkolbeneinrichtung
festgestellt werden. In diesem Falle kann es günstig sein, die Verfahrensschritte
a) und b) jeweils getrennt für jeden Stoff durchzuführen und dann den Verfahrens
schritt c) für alle Stoffe gleichzeitig durchzuführen, während beim eingangs genannten
Verfahren alle Verfahrensschritte a), b) und c) für die verschiedenen Stoffe jeweils
gleichzeitig ausgeführt werden können, was u. U. zeitliche Vorteile bietet, allerdings
den Geräteaufwand dadurch erhöht, daß jeder einzelne Vorratsbehälter bzw.
-
Dosierpumpenkolben mit einer Wägeeinrichtung versehen werden muß,
während ansonsten eine einzige Wägeeinrichtung für die Dosierpumpeneinrichtung ausreichen
würde, sofern diese für alle Stoffe verwendet wird.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich am günstigsten mit einer
Vorrichtung ausführen, die mit einer der Anzahl der zu mischenden Stoffe entsprechenden
Zahl von Vorratsbehältern versehen ist, die jeweils über eine mittels Ventileinrichtungen
absperrbare Verbindungsleitung mit einem Mischer verbunden sind, an dessen Ausgang
das fertige Gemisch abnehmbar ist. Erfindungswesentlich ist, daß jeder Vorratsbehälter
- bzw. gemäß Weiterbildungen der Erfindung die Dosierpumpeneinrichtung oder auch
die einzelnen Dosierpumpen - von einer Wägeeinrichtung getragen wird und daß in
die Verbindungsleitung zwischen Ventileinrichtung und Mischer eine Dosierpumpeneinrichtung
geschaltet ist.
-
Es ist aus konstruktiven Gründen günstig, eine mehrere Dosierpumpen
umfassende Dosierpumpeneinrichtung mit einem gemeinsamen Entleerungshubantrieb zu
versehen, der dann, wenn der Entleerungshub
für alle Pumpen gleich
sein soll, was konstruktive Vorteile bietet, noch gemäß einer Weiterbildung dadurch
gekennzeichnet ist, daß die Dosierpumpen unterschiedliche, dem Mischungsverhältnis
angepaßte Kolbenquerschnitte besitzen.
-
Als besonders günstig hat sich eine Konstruktion erwiesen, bei der
die Dosierpumpeneinrichtung eine in Richtung der Dosierpumpenachsen bezüglich einer
Basis verschieblich geführte Antriebsplatte aufweist, an der die Kolbenzylinderböden
sich anlegen können, während die Kolben selbst fest an der Basis gehalten sind.
Ordnet man zwischen Trägerplatte und Basis noch eine Antriebseinrichtung zur Verschiebung
der Trägerplatte bezüglich der Basis an, kann für alle Dosierpumpen ein gemeinsamer
Entleerungstakt angewendet werden. Die Antriebseinrichtung selbst kann ein Hydraulikzylinderantrieb
sein oder aber auch ein Spindelantrieb oder jede beliebige andere Antriebseinrichtung,
die ein schrittweises Verschieben der Trägerplatte in Austriebsrichtung ermöglicht.
-
Die Gewichtsmessung wird um so genauer, je niedriger die Vorlast ist.
Es kann daher günstig sein, jede Dosierpumpe für sich zu wiegen bzw. jede Dosierpumpe
einschließlich ihrem Antrieb auf je eine Waage zu stellen, weil dann nicht das Gewicht
der anderen Dosierpumpen als Vorlast störend in Erscheinung tritt. Die größere Genauigkeit
wird natürlich durch höheren Geräteaufwand erkauft.
-
Mit der neuartigen Einrichtung reduziert sich nicht nur die Belastung
der Ventile um den Faktor N, es wird auch eine genaue Kontrolle des sich schließlich
ergebenden Mischungsverhältnisses möglich, so daß beispielsweise das dielektrische
Verhalten der vergossenen Teile genau feststeht.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.
-
Es zeigt
Fig. 1 in einer stark schematisierten Darstellung
die aus der Druckschrift "EPSILON 221" bekannte Einrichtung; Fig. 2 ebenfalls stark
schematisiert eine Ausführungsform der erfindungsgemäß verbesserten Einrichtung,
wobei diese Figur auch zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient; und
Fig. 3 eine andere Ausführungsform.
-
In Fig. 1 ist eine Anordnung zu erkennen, wie sie in der Druckschrift
"EPSILON 221" der Anmelderin beschrieben wird. Die Anordnung besteht aus einem Vorratsbehälter
10 für beispielsweise ein quarzgefülltes Polyesterharz, während in einem zweiten
Vorratsbehälter 12 ein Härter enthalten ist. Die beiden Vorratsbehälter 10, 12 sind
so bemessen, daß das Nutzvolumen zumindest einen Tagesverbrauch deckt. Die Vorratsbehälter
werden mittels einer Vakuumpumpe 14 evakuiert und mittels eines Rührwerks 16 werden
die Gießharzanteile durch Rühren und ggf. unter Wärme entgast, entfeuchtet und homogenisiert,
wobei zur Erwärmung eine Umlaufheizeinrichtung 18 vorgesehen.ist. Die Umlaufheizung
sorgt zusammen mit einer Wärmeisolierung 20 für eine gleichmäßige Temperatur des
im Vorratsbehälter befindlichen Harzgemisches.
-
Insbesondere bei Verarbeitung von Polyesterharzen ist sogar ein Heizkühlsystem
zur Konstanthaltung der Massetemperatur auf einen bestimmten Wert (z. B. 22 bis
250 C) günstig.
-
Die als Vorratsbehälter dienenden Vormischer sind für Wartungszwecke
mit einer pneumatisch angetriebenen Deckelabhebevorrichtung 22 versehen, mit der
die Behälter geöffnet und gleichzeitig die Rührwerke ausgefahren werden können.
-
Zur Herstellung des Endgemisches wird das entgaste Material taktweise
in Abhängigkeit vom Palettenvorschub 24 einer Vergießstraße 26 aus den Vormischern
10, 12 mittels entsprechender Pumpkolbeneinrichtungen 30 und Rückschlagventilen
32 direkt in einen Durchlaufmischer 28 und von dort in die gleichfalls
unter
Vakuum (Vakuumpumpe 34) stehende horizontal verlaufende Kammer 36, deren rechte
Hälfte zur Beobachtung und Kontrolle des Vergießvorganges aus transparentem Material
besteht, eingegeben. Die linke Hälfte der Anlage, die aus einem Kunststoffrohr besteht,
ist für die Beschickung der Anlage pneumatisch aus führt bar. Die vergossenen Einheiten
können hier auch wieder entnommen werden, oder aber an der rechten Seite mittels
einer nicht näher dargestellten Klappe.
-
Um das Mischungsverhältnis zwischen dem im Behälter 10 und dem im
Behälter 12 befindlichen Stoff einstellen zu können, dient ein aus zwei Hebelarmen
38, 40 bestehender Antriebsmechanismus, der seinerseits einen pneumatischen Antrieb
42 mit Schußmengeneinstellung 44 aufweist, wobei der Kolben des pneumatischen Antriebs
42 an die miteinander gelenkig verbundenen Enden der Hebel 38, 40, angelenkt ist.
Die Hebel werden auf Sttzhebeln 48, 50 drehbar gehalten, wobei der Drehpunkt durch
Verschieben der Abstützung in Richtung des Pfeiles 52 änderbar ist. Je nach Stellung
dieses Aufstützpunktes auf dem Hebel 38 bzw. 40 führt eine bestimmte Hubhöhe des
pneumatischen Antriebs 42 zu einer bestimmten gleichen, kleineren oder größeren
Hubhöhe für den Pumpkolben 30. Die Menge des mit jedem Schuß des pneumatischen Antriebs
42 geförderten Stoffes im Vorratsbehälter 10 bzw. 12 läßt sich somit in weiten Bereichen
einstellen.
-
Für jeden zu füllenden Behälter 54 muß der pneumatische Antrieb 42
einen Schuß durchführen und müssen entsprechend die Ventile 32 sowie eine Ausgangsventil
54 hinter dem Durchlaufmischer 28 geöffnet werden. Bei nur kleinen abzugebenden
Mengen und sehr hohen Stückzahlen der zu verkapselnden Gegenstände 54 führt dies
u. U. zu einem schnellen Verschleiß der Ventile 32, 54, insbesondere wenn in dem
einen oder gar beiden Harzmischungen der Behälter 10, 12 Fül'.stoffe wie Quarzpartikel
enthalten sind.
-
Diese Quarzpartikel könnten sogar dazu führen, daß die Ventile sich
nicht wieder richtig schließen und dadurch die Dosierung fehlerhaft wird.
-
Die in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Konstruktion, die teilweise
die gleichen Bauelement verwendet, wie die in Fig. 1 dargestellte Anordnung, vermeidet
die vorstehend erläuterten Nachteile. -Es sind wiederum mehrere Vorratsbehälter,
10, 12, für bestimmte zähflüssige Stoffe, wie Gießharzmischungen, vorgesehen, die
ganz ähnlich aufgebaut sein können, wie die in Fig. 1 geschilderten Vorratsbehälter,
10, 12, die aber auch andere Konstruktion aufweisen können, die allerdings in der
Lage sein muß, eine im wesentlichen festgelegte Menge des im Vorratsbehälter befindlichen
Stoffes über eine Leitung 54 bzw. 56 in Richtung der Pfeile 58 abzugeben. Gemäß
der Darstellung von Fig. 2 sind die beiden dargestellten Vorratsbehälter 10, 12
jeweils mit eigenem Dosierantrieb 42 versehen und die Gesamtanordnung jeweils auf
einer Waage 6G, 62 gelagert, so daß jederzeit das Gewicht des Vorratsbehälters samt
Zubehör festgestellt werden kann. Um den Wiegevorgang nicht zu beeinflussen, ist
in der Leitung 54 bzw. 56 jeweils eine Kompensationseinrichtung 64 vorgesehen, die
die Übertragung von Kräften vom einen Rohrleitungsstück auf das andere verhindert.
Eine Kompensationseinrichtung 64 kann beispielsweise aus einem flexiblen Stück Leitung
bestehen.
-
Leitung 54 bzw. 56 mündet jeweils in einem Zweiwegeventil, an dem
noch eine zum Durchlaufmischer 28 führende Leitung 70 sowie eine zu einer Pumpenkolbenanordnung
100 führende Leitung 68 angeschlossen ist. bas Dreiwegeventil 66 kann mittels eines
Antriebs 72 in zwei Stellungen umgeschaltet werden. In der einen Stellung wird Leitung
54 mit Leitung 68 verbunden, während Leitung 70 abgesperrt ist, in der anderen Stellung
wird Leitung 70 mit Leitung 68 verbunden, während Leitung 54 abgesperrt ist.
-
L)ie Pumpenkolbeneinrichtung 100, die die eigentliche Dosierung für
die einzelnen zu kapselnden Gegenstände 54 (siehe Fig. 1) vornimmt, besteht gemäß
der dargestellten Ausführungsform aus
einer Basis 102, die eine
Grundplatte 104, eine senkrecht nach oben weisende Führungs- und Trägersäule 106
sowie eine Trägerplatte 108 umfaßt. An der Trägerplatte 108 sind hängend zwei Zylinderkolben
110, 112 starr angeflanscht, die eine in die Leitung 68 übergehende Axialbohrung
114 besitzen.
-
über die Zylinderkolben 112, 114, die üblicherweise unterschiedlichen
Durchmesser aufweisen, ist jeweils ein Kolbenzylinder 116 bzw. 118 geschoben, wobei
zur gleitenden Abdichtuny Dichtungseinrichtungen 120 vorgesehen sind. Der Kolbenzylinder
116 ist am unteren Ende geschlossen und weist einen Fuß 122 auf, gegen den die obere
Fläche 124 eine Antriebsplatte 126 legen kann, die ihrerseits auf der Führungs-
und Trägersäule 106 über Büchsenlager 128 gleitend gelagert ist. Die Verschiebung
der Antriebsplatte 26 kann mittels beliebiger Antriebseinrichtungen erfolgen, beispielsweise
mittels pneumatischer Einrichtungen oder mittels eines - gemäß der Darstellung -
Spindelantriebs 130. Wird die Spindel 130 z. B. mittels eines Motors 132 um einen
bestimmten Winkel gedreht, verschiebt sich die Spindelmutter 134 und damit die an
ihr befestigte Antriebsplatte 126 um ein bestimmtes Stück in Richtung der Pfeile
136.
-
Die Betriebsweise ist folgende: in Ausgangsstellung sind die beiden
Kolbenzylinder 116, 118 leer und die Kolbenzylinder ganz nach oben geschoben. Die
Antriebsplatte 126 dagegen ist ganz nach unten gefahren, so daß sich ein großer
Abstand zwischen dem Fuß 122 und der Fläche 124 der Antriebsplatte 126 ergibt, der
viel größer als der in der Figur dargestellte Abstand 138 ist.
-
Es wird nunmehr aus dem Vorratsbehälter 10 mittels Pumpeneinrichtungen,
wie eine Dosierpumpe, die mit einem Rückschlagventil 32 zusammenarbeitet, beispielsweise
eine Harzmischung durch die Leitung 54, das entsprechend eingestellte Zweiwegeventil
66, die Leitung 68, den Durchbruch 114, in den Innenraum des Kolbenzylinders 116
gedrückt, wobei durch den dabei entstehenden Druck auf den Boden des Kolbenzylinders
116 dieser mit wachsendem
Füllungsgrad nach unten wandert, bis
ein bestimmter Füllungsgrad erreicht ist, bei dem der Abstand zwischen dem Fuß 122
des Kolbenzylinders 116 und der Antriebsplatte 126 noch ein bestimmtes Maß 138 betragen
möge. Durch die aus dem Vorratsbehälter 10 ausgegebene Harzmenge hat sich das Gewicht
der Anordnung 10, die von der Waage 60 angegeben wird, verringert und es läßt sich
somit genau feststellen, welches Gewicht die in dem Zylinder 116 eingedrungene Harzmischung
besitzt. Diese Gewichtsdifferenz und damit die Harzmenge kann am Anzeigegerät 60
abgelesen oder auch elektronisch automatisch ausgedruckt werden.
-
Gleichzeitig oder anschließend kann in ganz ähnlicher Weise auch der
Kolbenzylinder 118 mit Härtermischung aus dem Vorratsbehälter 12 gefüllt werden.
Auch hier wird anschließend die entsprechende Härtermenge festgestellt. Wegen des
geringeren Durchmessers des Kolbenzylinders 118 wird die Menge an Härter im vorliegenden
Falle um einen bestimmten Faktor geringer sein, wenn der Kolbenzylinder 118 den
gleichen Hub 136 ausgeführt hat, wie der Kolbenzylinder 116. Die in den Kolbenzylindern
116, 118 enthaltenen Mischungen stellen ein bestimmtes Vielfaches der Harz- bzw.
Härtermenge dar, die für jede Einheit 54 benötigt wird. Beispielsweise könnte das
Material für 100 zu vergießende Einheiten in den Zylindern enthalten sein. Die aufnehmbare
Menge läßt sich leicht durch die untere (tiefste) Stellung der Antriebsplatte 126
festlegen. Je höher diese untere Stellung liegt, desto geringer ist der von den
Zylindern aufgenommene Volumeninhalt.
-
Nach dem Füllen der Zylinder 116, 188 (es können auch noch weitere
Zylinder auf der Pumpenkolbeneinrichtung 100 angeordnet sein) werden die Zweiwegventile
66 so umgeschaltet, daß nunmehr ein Weg von der Rohrleitung 68 zur Leitung 70 freigegeben
wird, während das Rohr 54 abgesperrt wird.
-
Portioniert wird nun dadurch, daß die Antriebsplatte 126 schrittweise
nach oben gedrückt wird, beispielsweise dadurch, daß die Spindel 130 jeweils um
einen bestimmten Winkel gedreht wird.
-
Mit jedem Schub strömt eine ganz bestimmte, vom Querschnitt der Zylinderkolben
110, 112 abhängige Harz- bzw. Härtermenge durch die Rohre 68, 70 in den Durchlaufmischer
28, wobei diese Menge dort gemischt und von dort gemäß Fig. 1 in die Behälter 54
eingegeben wird. (Die Mischeinrichtung 28 ist in Fig. 2 nur aus Deutlichkeitsgründen
andersherum gezeichnet als in Fig. 1.
-
Bei der tatsächlichen Anordnung wird man den Mischer 28 ähnlich anordnen,
wie es die Fig. 1 zeigt.) Es ist zu erkennen, daß die Ventile 66 (wie auch die Rückschlagventile
32) für jeweils beispiels-weise 100 Bauelemente 54 nur einmal umgestellt zu werden
brauchen. Die mechanische Belastung dieser Ventile ist somit erheblich kleiner,
als es bei der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion der Fall ist. Das Ventil 54,
das auf das Mischungsverhältnis keinen und auf die jeweils abgefüllte Menge nur
einen geringen Einfluß hat, braucht nicht sonderlich genau zu arbeiten und kann
daher eine robustere Konstruktion aufweisen, die die z. B. 100fache Belastung auch
bei Verwendung von mit Feststoffpartikeln beladener Gießharze verträgt.
-
Es wurde schon angedeutet, daß es günstig sein kann, anstelle der
Vorratsbehälter 10, 12 die Pumpenkolbeneinrichtung 100 auf eine Waage zu stellen.
Werden die einzelnen Kolbenzylinder 116, 118 usw. nicht gleichzeitig, sondern hintereinander
gefüllt, läßt sich auf ähnlich einfache Weise die Menge bzw. das Gewicht der einzelnen
Harzkomponenten ermitteln, so daß u. U. mehrere zur Wägung von Vorratsbehältern
10, 12 dienende Waagen 60, 62 eingespart werden können.
-
Das Gewicht (Vorgewicht) der Vorratsbehälter 10, 12 wie auch das der
Pumpenkolbeneinrichtung 100 begrenzt die Genauigkeit der Wägung der abgegebenen
bzw. aufgenommenen Stoffmenge. Um dieses Vorgewicht, das beim Wiegevorgang störend
in Erscheinung tritt, möglichst klein zu machen, kann für jeden Vorratsstoff eine
von einer Waage 62 getragene eigene Pumpenkolbeneinrichtung 200 vorgesehen werden,
mit jeweils eigenem Antrieb 132 und stangenförmigen Führungseinrichtungen 206 für
die Antriebsplatte
126, siehe Fig. 3. Wegen der geringeren erforderlichen
Antriebskräfte, die zu kleinerem Antriebsaggregat 132 führen, und wegen des nur
einen Pumpenkolbens ist das Vorgewicht, das die Waage 62 (hier als elektronische,
digital arbeitende Schwingsaitenwaage dargestellt) zu tragen hat, erheblich kleiner
und die erreichbare Wiegegenauigkeit erheblich größer, als wenn die Vorratsbehälter
(die noch Rührwerk, Heizeinrichtungen usw.
-
enthalten und dadurch größeres Vorgewicht aufweisen) bzw. die in Fig.
2 dargestellte Pumpenkolbeneinrichtung 100 gewogen wird.
-
Die Feststellung der Harzmenge aufgrund einer Gewichtsmessung anstelle
einer Volumenmessung, wie sie bisher meist durchgeführt wurde, hat auch noch den
Vorteil, daß mögliche Lufteinschlüsse nicht störend bei der Mengenbestimmung in
Erscheinung treten.
-
Lufteinschlüsse sind besonders bei hochviskosen Harzen oft nicht ganz
zu vermeiden.
-
Der als dynamischer Mischer 28 dargestellte Durchlaufmischer kann
auch in Form eines statischen Mischers arbeiten, d. h.
-
ohne bewegliche Teile auskommen.