DE3400280C1 - Dosier- und Mischvorrichtung fuer hochviskose Zweikomponenten-Materialien - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dosier- und Mischvorrichtung für hochviskose Zweikomponenten-Materialien gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 23 704 bekannt. Zweikomponenten-Dosier- und Mischvorrichtungen werden beispielsweise zum Fördern. Dosieren, Mischen und Extrudieren von hochviskosen Zweikomponenten-Materialien für die Isolierglasversiegelung oder für die PU-Schaumverarbeitung eingesetzt.

Bei einer bekannten Dosier- und Mischvorrichtung erfolgt das Zusammenführen der Stammkomponente und des Härters in einer Mischkammer, die an dem Grundteil der Anlage befestigt ist. Das zusammengeführte Material wird zunächst in einem statischen Mischrohr gemischt, und anschließend mit einem Schlauch mit einer Länge von ca. 2,5 m zu der Extrudiereinheit gefördert. In der Extrudiereinheit wird das vorgemischte Material nochmals in einem statischen Mischrohr ^nachgemischt und anschließend mit einer Spritzpistole ausgetragen. Der Schlauch mit einer Länge von 2,5 m oder mehr ist erforderlich, damit beispielsweise eine Isolierglasscheibe, die nicht bewegt wird, in einem Arbeitsgang rundumversiegelt werden kann.

Zur Reinigung der Anlage nach Beschreibung des Austragens des gemischten Materials ist es erforderlich, die Mischkammer, das erste statische Mischrohr, den Schlauch, das zweite statische Mischrohr und die Spritzpistole zu spülen. Dieses Spülen erfolgt zumeist mit einem Lösungsmittel, beispielsweise Methylenchlorid. Ein Spülen mit der Stammkomponente, das aus Umweltschutzgründen einem Spülen mit einem Lösungsmittel vorzuziehen wäre, wird praktisch nie angewandt, da der Materialverlust beim Spülvorgang auf Grund des gro-) Ben zu spülenden Schlaiichvolumens groß und die Stammkomponente zumeist wesentlich teurer als ein Lösungsmittel ist.

Es ist deshalb in der eingangs genannten US-PS 36 23 704 eine Dosier- und Mischvorrichtung vorge-

H) schlagen worden, bei der die Mischkammer nach dem Schlauch angeordnet ist, und der eigentliche Mischvorgang lediglich in einem Mischrohr erfolgt. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß — wenn zur Mischung nur ein statisches Mischrohr verwendet wird — dieses Mischrohr eine außerordentlich große Länge haben muß. Bei Mischrohrlängen, wie sie für tragbare Extrudiereinheiten verwendet werden, ist das Mischergebnis nicht zufriedenstellend.

Es ist deshalb in der DE-OS 22 02 635 eine Misch- und Extrudiereinheit vorgeschlagen worden, bei der das Mischrohr mehrfach abgewinkelt ist, um die tragbare Einheit einigermaßen kurz halten zu können.

Überraschenderweise zeigt sich jedoch, daß auch bei dieser bekannten Dosier- und Mischvorrichtung kein so homogen gemischtes Material erhalten wird, wie bei der eingangs beschriebenen Anlage, bei der zwei über den Arbeitsschlauch verbundene Mischkammern vorgesehen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Do-

jo sier- und Mischvorrichtung für hochviskose Zweikomponenten-Materialien gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß bei kleinem vor einer längeren Standzeit zu spülendem Volumen ein homogen gemischtes Material erhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß bei Dosier- und Mischvorrichtungen mit Kolbenpumpen für die Förderung und Dosierung der Stammkomponente und des Härters eine partielle Quervermischung, wie sie mit statischen Mischrohren erzielt wird, für ein homogen gemischtes Material nicht ausreichend ist. An den Totpunkten der Kolbenpumpen werden von der korrekten Dosierung abweichende Mengen gefördert. Deshalb ist es, um eine homogene Materialmischung zu erzielen, erforderlich, zusätzlich eine Längsvermischung des Materialstroms herbeizuführen. Eine derartige Längsvermischung erfolgt bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung in dem ca. 2,5 m langen Schlauchstück, sie erfolgt jedoch nicht bei der bekannten Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, da bei dieser Vorrichtung die Stammkomponente und der Härter erst nach dem Schlauch zusammengeführt werden.

Erfindungsgemäß wird deshalb eine Längsvermischung in einem Leerrohr erzwungen, das zwischen den beiden statischen Mischrohren der Misch- und Extrudiervorrichtung angeordnet ist. Das Leerrohr ist mit jedem der statischen Mischer über einen Mischkopf verbunden, in dem der Materialstrom um 180° umgelenkt wird. Aufgrund der durch die Umlenkung hervorgerufenen Verwirbelungen wird eine Längsvermischung, die die Schwankungen des Mischungsverhältnisses aufgrund der Totpunkte der Kolbenpumpen

b5 kompensiert, bereits auf dem vergleichsweise kurzen Weg in dem Leerrohr erreicht. Damit ist das Volumen, das nach der Beendigung der Arbeit gespült werden muß, klein.

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Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben:

Gemäß Patentanspruch 2 bestehen die Umlenkkanäle in den Mischköpfen, die eine 180°-Um!enkung des Gemisches bewirken, aus zwei 90"-Knie.

Durch diese Gestaltungen der Mischköpfe wird eine starke zusätzliche Längsverwirblung hervorgerufen und die Längsvermischung dadurch wesentlich verbessert, so daß eine weitere Reduzierung der Länge des Lerrohres möglich ist.

Diese Längsverwirbelung, die mit einer Rollbewegung des Gemisches vergleichbar ist wird weiter erhöht, wenn die Kanäle in den Mischköpfen »Leer-Kanäle«, d. h. Kanäle ohne statischen Mischeinsatz sind (Patentanspruch 3).

Da die in den Patentansprüchen 1 bis 4 gekennzeichneten Maßnahmen zu einer hervorragenden Längsvermischung führen, die — wie erfindungsgemäß erkannt worden ist — für ein homogen gemischtes Material erforderlich ist, ist es möglich, die Länge der Mischrohre erforderlich ist, ist es möglich, die Länge der Mischrohre sowie des Leerrohres auf etwa 20 bis 50 cm zu reduzieren. Hierdurch wird die Misch- und Extrudiereinheit mit Mischkammer, Mischrohren, Mischköpfen, Leerrohr und Spritzpistole sehr handlich und hat nur ein kleines Spülvolumen.

Die gemäß Patentanspruch 5 vorgesehene zusätzliche »S«-förmige Anordnung des Eintritts- bzw. Austrittskanals der Mischköpfe erhöht die Längsverwirbelung und verbessert damit die Längsvermischung weiter.

Das kleine Volumen der nach Beendigung der Arbeit zu reinigenden Teile prädestiniert die erfindungsgemäß ausgebildete Misch- und Extrudiereinheit dazu, statt mit einem Lösungsmittel mit der Stammkomponente gespült zu werden. Dieses an sich bereits vorgeschlagene Spülverfahren hat bislang aufgrund der hohen Materialverluste und der damit verbundenen großen Kosten keine weite Verbreitung gefunden. Das kleine zu spülende Volumen, aufgrund dessen die Materialverluste sehr gering sind, erlaubt es jedoch, bei vertretbaren Kosten die Anlage umweltfreundlich anstelle mit einem Lösungsmittel mit der Stammkomponente zu spülen. Insbesondere dann, wenn der Arbeitsschlauch sehr lang ist, können die Kosten für das verlorene Material bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Anlage sogar wesentlich geringer sein als bei einer herkömmlichen Anlage, die mit einem Lösungsmittel gespült wird.

Ferner hat die erfindungsgemäße Zweikomponenten-Dosier- und Mischanlage den Vorteil, daß die· Misch- und Extrudiereinheit leicht an bestehende Anlagen, bei denen bislang die Mischkammer und ein erster statischer Mischer vor dem Arbeitsschlauch angeordnet sind, gebaut werden kann, so daß auch bereits vorhandene Anlagen umweltfreundlich betrieben werden können.

Daneben ist es natürlich auch möglich, die erfindungsgemäß ausgebildete Misch- und Extrudiereinheit bei einer Zweikomponenten-Dosier- und Mischanlage für hochviskose Zweikomponenten Materialien einzusetzen, bei der mit der Stammkomponente gespült und das »Spülmaterial« in einen Zwischenbehälter oder den Vorratsbehälter für die Stammkomponente zurückgeführt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 den Prinzipaufbau einer Zweikomponenten-Dosier und Mischvorrichtung.

F i g. 2 einen Längsschnitt durch die Misch- und Extrudiereinheit der Vorrichtung nach F i g. 1 und F i g. 3,4 und 5 Querschnitte durch die in F i g. 2 dargestellte Misch- und Extrudiereinheit.

Während der Misch- und Austragphase fördern eine Kolbenpumpe 1 die Stammkomponente aus einem Vorratsbehälter 2 über eine Schlauchleitung 3 und eine Kolbenpumpe 4 den Härter aus einem Vorratsbehälter 5 über eine Schlauchleitung 6 zu einer Misch- und Extrudiereinheit 7. aus der das Gemisch beispielsweise mit einer Spritzpistole ausgetragen wird.

Die Kolbenpumpen 1 und 4 zur Förderung und Dosierung der Stammkomponente und des Härters können in bekannter Weise als doppelt wirkende Kolbenpumpen ausgebildet sein. Die Pumpen sind dabei in einem Dosierrahmen angeordnet und über einen Hebelbalken mechanisch miteinander verriegelt, der innerhalb des Dosierbereichs der Pumpen zur Einstellung des Mischungsverhältnisses stufenlos verstellbar ist. Dieser Aufbau der Pumpen ist bekannt, so daß im Folgenden hierauf nicht näher eingegangen werden muß.

Die in F i g. 2 dargestellte Misch- und Extrudiereinheit 7 weist einen ersten Mischkopf 8, ein erstes statisches Mischrohr 9, einen zweiten Mischkopf 10, ein Leerrohr 11 und ein zweites statisches Mischrohr 12 auf. Die F i g. 3, 4 und 5 zeigen Schnitte durch den ersten Mischkopf 8 in den Ebenen 1II-III, IV-IV bzw. V-V in Fig. 2.

jo Die Stammkomponente und der Härter, die in einer nicht dargestellten Mischkammer aus den Schlauchleitungen 3 und 6 zusammengeführt worden sind, treten in einen Eintrittskanal 13 des ersten Mischkopfes 8 ein. Der Eintrittskanal 13 weist ein Doppelknie 14 auf, das das Material »S«-förmig umlenkt. Der Umlenkwinkel der beiden Teilbogen beträgt jeweils 90°, wobei die Umlenkung »scharf« ist. Anschließend durchströmt das Gemisch das erste statische Mischrohr 9 und tritt dann in den zweiten Mischkopf 10 ein. Das Gemisch wird in dem zweiten Mischkopf 10 in einem Kanal 15 ohne statischen Mischeinsatz um 180° mit einem kleinen Krümmungsradius umgelenkt und durchströmt dann das Leerrohr 11. Anschließend wird das Gemisch erneut in dem ersten Mischkopf in einem Kanal 16 mit einem kleinen Krümmungsradius um 180° umgelenkt und durchströmt dann das zweite Mischrohr 12. Nach Durchströmen des »Doppelknies« 17 in dem zweiten Mischkopf 10, das eine »S«-Umlenkung des Gemisches erzwingt, tritt das Gemisch aus und kann beispielsweise so einer Spritzpistole oder einer sonstigen Extrudiereinheit zugeführt werden.

In dem statischen Mischrohr 9 wird das in der Mischkammer zusammengeführte Material zunächst im wesentlichen nur quer vermischt, während in dem Leerrohr 11 eine Längsvermischung stattfindet. Diese Längsvermischung wird durch die turbulente Strömung stark unterstützt, die durch die zweimalige 180°-Umlenkung sowie die »S«-Umlenkungen in den Mischköpfen hervorgerufen wird.

Untersuchungen haben gezeigt, daß das Gemisch aus hochviskosen Materialien nicht im eigentlichen Sinne strömt, sondern in dem Leerrohr eine Art »Rollbewegung« ausführt. Dabei ist die Geschwindigkeit in der »Rollbewegungs«-Phase in unterschiedlichen Schichten unterschiedlich groß. Hierdurch wird auf geringer Weglänge eine hervorragende Längsvermischung erreicht. Durch diese Längsvermischung in Verbindung mit der anschließend in dem zweiten Mischrohr erzielten Quer-

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Vermischung werden Material-Inhomogenitäten aufgrund der ungleichmäßigen Förderleistungen der Kolbenpumpen an den Totpunkten ausgeglichen.

Die statischen Mischrohre können in an sich bekannter Weise aufgebaut sein, so daß auf ihren Aufbau nicht näher eingegangen werden muß. Die Länge der einzelnen Rohre beträgt in bevorzugter Weise bei dem gezeigten Ausfiihrungsbeispiel zwischen 25 und ca. 50 cm, so daß bei dem im Folgenden beschriebenen Spülvorgang nur ein kleines Volumen gespült werden muß und damit die Materialverluste beim Spülen gering sind.

Die zur Erzielung einer ausreichenden Vermischung erforderliche Rohrlänge ist jedoch immer in Abhängigkeit von den verwendeten Materialien zu bestimmen und zu optimieren.

Die Mischköpfe können beispielsweise aus Aluminium bestehen und mit Schrauben sowie mit Abstandhaltern miteinander verschraubt sein. Auf diese Weise ist ein leichter und billiger Aufbau der Misch- und Extrudiereinheit auch für die erforderlichen hohen Drücke (mehrere hundert Bar) möglich.

Zur Durchführung des Spülvorgangs wird ein 2-Wege-Ventil 19 umgeschaltet, so daß der Härter aus der Schlauchleitung 6 nicht mehr in die Mischkammer, in der die beiden Materialien zusammengeführt werden, eintritt, sondern über eine Schlauchleitung 18 zurück in den Vorratsbehälter 5 geleitet wird. Der Härter zirkuliert also während der Spülphase.

Die Stammkomponente tritt während der Spülphase weiterhin aus der Schlauchleitung 3 in die (nicht im ein- jo zelnen dargestellte) Mischkammer ein, und verdrängt die in der Mischkammer, dem Mischkopf 8, dem statischen Mischrohr 9, dem zweiten Mischkopf 10, dem Leerrohr 11, dem 180°-Rohrbogen des ersten Mischkopfs 8, dem zweiten statischen Mischrohr 12 und der Spritzpistole befindliche Materialmischung. Nachdem die gesamte in der Misch- und Extrudiereinheit befindliche Materialmischung aus der Spritzpistole ausgetreten ist, und sich in der Einheit 7 nur noch die Stammkomponente befindet, wird der Spülvorgang beendet und die Anlage stillgelegt. Bei der Arbeitsaufnahme muß entsprechend nach dem Umlegen des Ventils 19 die in der Misch- und Extrudiereinheit 7 befindliche »reine« Stammkomponente durch eine Materialmischung mit einem richtigem Mischungsverhältnis verdrängt werden, bevor beispielsweise mit dem Versiegeln von Isolierglasscheiben begonnen werden kann.

Die gesamten Materialverluste, beim Spülvorgang und beim »Wiederanfahr-Vorgang« sind aufgrund der kompakten Bauweise der Misch- und Extrudiereinheit gering und liegen etwa in der Größenordnung von 800 g (je 400 g bei Arbeitsbeginn und Arbeitsende). Dies erlaubt es, bei etwa gleichen Kosten wie bei bekannten Anlagen, die mit Lösungsmitteln gespült werden, in umweltfreundlicher Weise mit der Stammkomponente zu spülen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

34 OO 280 Patentansprüche:

1. Dosier- und Mischvorrichtung für hochviskose Zweikomponenten-Materialien mit Kolbenpumpen für die Förderung und Dosierung der Komponenten und mit einer Misch- und Extrudiereinheit die ein statisches Mischrohr aufweist, dem eine Mischkammer unmittelbar vorgeordnet ist. in welche die Komponentenzuführungen einmünden, dadurch gekenn.zqichnet. daß die Misch- und Extrudiereinheit (7) zwei parallel verlaufende statische Mischrohre (9, 12) aufweist, zwischen denen ein Leerrohr (11) angeordnet ist. das über stirnseitig aufgesetzte Mischköpfe (8, 10) mit Umlenkkanälen (15, 16) die beiden Mischrohre (9, 12) miteinander verbindet, wobei in den Mischköpfen (8 bzw.10) ein Eintritts-(13) bzw. ein Austrittskanal (20) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkkanäle (15, 16) in den Mischköpfen (8, 10) zur 180°-Umlenkung zwei 9(F -Knie aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (13,15,16,20) in den Mischköpfen (8,10) frei von statischen Mischeinsätzen sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Mischrohre (9, 12) und des Lerrohrs (11) in etwa gleich ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittskanal (13) und/oder der Austrittskanal (20) zwei 90°-Knie (14 bzw. 17) aufweisen, die »S«-förmig angeordnet sind.