DE3630992A1 - Vorrichtung zum dosieren und mischen von stoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren und Mischen von mindestens zwei fließfähigen Stoffen mit ei­ ner der Anzahl der Stoffe entsprechenden Zahl von zylin­ drischen Dosierkammern und in den Dosierkammern bewegba­ ren Kolben, wobei jede Dosierkammer beim Zurückziehen des Kolbens mit einer Ansaugleitung und beim Vorschub des Kolbens mit einer Ausstoßleitung verbindbar ist und wobei alle Ausstoßleitungen in einen Mischer münden.

Eine derartige Vorrichtung ist grundsätzlich beispiels­ weise aus der EP-A-00 28 808 bekannt. Dort ist eine Vor­ richtung mit mindestens zwei parallel angeordneten Kol­ benpumpen beschrieben, deren Ausgänge an eine gemeinsame Mischeinrichtung angeschlossen sind, wobei die Kolben der beiden Pumpen über eine gemeinsame Hebelvorrichtung betä­ tigbar sind. Da über die Hebelvorrichtung unterschiedli­ che Kolbenhübe eingestellt werden können, kann auf diese Weise das Mischungsverhältnis eingestellt werden.

Allerdings ist es bei der bekannten Vorrichtung nicht oh­ ne weiteres möglich, sehr kleine und zueinander sehr un­ terschiedliche Mengen genau zu dosieren und zu vermi­ schen. Dieses Problem tritt beispielsweise dann auf, wenn einem Gießharz ein Härter in einem extrem kleinen Mi­ schungsverhältnis zugesetzt werden soll und die insgesamt zu dosierende Menge ebenfalls sehr gering ist. Bei her­ kömmlichen Dosiervorrichtungen ergäben sich beispielswei­ se bei der Zuführung des Härters Kolbenhübe von weniger als 0,01 mm. In modernen Fertigungsverfahren kommt es je­ doch gerade auch bei der Verarbeitung von Gießharz sehr genau auf die Mischungsverhältnisse an, da davon nicht nur die Aushärtezeit abhängt, welche den Fertigungsablauf stark beeinflußt, sondern auch die Aushärtequalität.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zum Dosieren und Mischen von fließfähigen Stoffen zu schaffen, mit der auch sehr geringe Mengen der einzelnen Stoffe sehr genau dosiert und miteinander vermischt wer­ den können, wobei auch extreme Mischungsverhältnisse sehr genau eingehalten werden können. Die Vorrichtung soll da­ bei einfach aufgebaut, leicht zu reinigen und für einen schnellen Arbeitstakt geeignet sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die wirk­ samen Querschnittsflächen der einzelnen Kolben sich zu­ einander so verhalten wie das gewünschte Mischungsver­ hältnis der zu dosierenden Stoffe und daß alle Kolben über eine starre Kopplung denselben Hub ausführen.

Bei der Erfindung wird also das Mischungsverhältnis durch die Querschnittsfläche der jeweiligen Kolben (bzw. der die Kolben passend aufnehmenden Dosierkammern) festge­ legt, wodurch es sehr genau eingestellt werden kann. Die Kolben selbst werden dabei gemeinsam über eine starre Kopplung betätigt, wodurch die Vorrichtung einfach im Aufbau und im Antrieb leicht zu steuern ist.

Zweckmäßigerweise sind alle Dosierkammern in ein gemein­ sames Dosiergehäuse eingeformt. Darüber hinaus ist in ei­ ner besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, daß die Dosierkammern koaxial und in Axialrichtung gegen­ einander versetzt in dem Dosiergehäuse angeordnet sind und daß die Kolben entsprechend in Axialrichtung versetzt und zu einer gemeinsamen Kolbenstange mit abgestuften Durchmessern verbunden sind. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau und eine einfache Betäti­ gung der Vorrichtung, da mit einem einzigen Hubzylinder die Kolbenstange unmittelbar betätigt werden kann, wobei zwei oder mehr genau dosierte Stoffe im richtigen Mi­ schungsverhältnis gleichzeitig ausgestoßen und dem Mi­ scher zugeführt werden können.

In einer Ausführungsform der Dosiervorrichtung kann die Dosierkammer im Bodenbereich eine einzige Öffnung aufwei­ sen, welche wahlweise im Arbeitstakt einmal mit einer An­ saugleitung und zum anderen Mal mit einer Ausstoßleitung verbunden wird. Bei einer anderen zweckmäßigen Ausfüh­ rungsform ist vorgesehen, daß im Bodenbereich einer jeden Dosierkammer zwei Öffnungen, nämlich eine Einlaßöffnung und eine Ausstoßöffnung, vorgesehen sind, wobei im Takt abwechselnd die Einlaßöffnung mit der Ansaugleitung und die Ausstoßöffnung mit der Ausstoßleitung verbindbar ist. Diese zweite Ausführungsform ist insbesondere in den Fäl­ len von Vorteil, bei denen Stoffe mit leicht sedimentie­ renden Anteilen, etwa Harze mit Füllstoffen, verarbeitet werden. Durch die Trennung von Einlaßöffnung und Ausstoß­ öffnung wird erreicht, daß bei jedem Arbeitstakt eine neue Stoffmenge in die Dosierkammer gelangt und dabei die vorher dort befindliche Menge vollständig aus dieser Do­ sierkammer verdrängt.

Die Ansaug- und/oder die Ausstoßleitungen sind zweckmäßi­ gerweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, wobei durch eine Relativbewegung zwischen diesem und dem Do­ siergehäuse wahlweise jeweils bestimmte Leitungen mit der zugehörigen Dosierkammer verbindbar sind. In einer zweck­ mäßigen Ausführungsform erfolgt diese Relativbewegung zwischen dem Dosiergehäuse und den Leitungen als Trans­ versalbewegung parallel zur Zylinderachse, doch ist auch eine andere Bewegungsrichtung, beispielsweise eine Dreh­ bewegung, denkbar.

Der dem Dosiergehäuse nachgeschaltete Mischer weist in einer zweckmäßigen Ausführungsform einen Mischzylinder mit einer an einem Ende vorgesehenen Ausstoßdüse auf, in dessen Wand die Ausstoßleitungen münden, und in dem Mischzylinder ist ein zylindrischer Mischrotor drehbar angeordnet, welcher mit seinem der Ausstoßdüse entgegen­ gesetzten Ende angetrieben wird, wobei der Abstand des Mischrotors zur Zylinderwand wesentlich geringer ist als sein Radius. Dieser Abstand zwischen Mischrotor und Mischzylinder hängt von der Art der zu vermischenden Stoffe ab. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform zur Verarbeitung von Gießharzen kann dieser Abstand in der Größenordnung zwischen 0,3 und 0,5 mm liegen.

Die Ausstoßleitungen münden zweckmäßigerweise in Axial­ richtung gegeneinander versetzt in den Mischzylinder, wo­ bei die dem kleineren Materialvolumen zugeordnete Leitung näher am Mischerausgang angeordnet ist. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß der Stoff mit der größeren Durch­ satzmenge auch ständig den gesamten Mischzylinder durch­ spült. Der Mischzylinder ist weiterhin zweckmäßigerweise in einen Mischerblock eingeformt, welcher zugleich die Ansaug- und/oder Ausstoßleitungen enthält. Im übrigen be­ steht eine besonders vorteilhafte Gestaltung der Vorrich­ tung darin, daß die Achse der Dosierkolben parallel zur Achse des Mischzylinders verläuft, daß das Dosiergehäuse feststehend angeordnet ist und die Dosierkolben und der Mischerblock jeweils im Takt relativ zum Dosiergehäuse bewegbar sind.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbei­ spiel näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäß gestaltete Dosier- und Misch­ vorrichtung für zwei zu vermischende Stoffe, teilweise in schematisierter Darstellung,

Fig. 2 die Vorrichtung von Fig. 1 in Draufsicht.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Dosier- und Mischvor­ richtung besteht im wesentlichen aus einem Dosierteil 1, einem Mischteil 2 und einem Antriebsteil 3. Dabei besitzt der Dosierteil 1 ein feststehendes Dosiergehäuse 4 in Form eines Metallblocks, in welchem zylinderförmige Do­ sierkammern 5 und 6 koaxial eingeformt sind. In diesen Dosierkammern sind Kolbenabschnitte 7 und 8 in Axialrich­ tung und gemeinsam bewegbar angeordnet, wobei diese bei­ den Kolben 7 und 8 im Ausführungsbeispiel aus einem Stück einer mit einer Schulter 9 abgesetzten Kolbenstange 10 bestehen. Im Bereich zwischen den beiden Dosierkammern 5 und 6 sind eine Führung 11 sowie Dichtungen 12 für die Kolbenstange 10 angeordnet. Um die durchgehende Bohrung der Dosierkammer 6 in dem Gehäuseblock 4 zu verschließen, ist ein Stift 13 oder eine entsprechende Schraube einge­ setzt. Die Querschnitte der beiden Kolben 7 und 8 sind jeweils so bemessen, daß sie sich so verhalten wie ein gewünschtes Mischungsverhältnis der über die beiden Do­ sierkammern 5 und 6 auszustoßenden Stoffe; dabei muß na­ türlich für die Dosierkammer 5 berücksichtigt werden, daß vom Querschnitt des Kolbens 9 der Querschnitt des Kolbens 8 wegen der durchgehenden Kolbenstange abzuziehen ist, um den wirksamen Querschnitt bzw. das Volumen der Dosierkam­ mer 5 zu erhalten.

Der Mischteil 2 enthält einen massiven Mischerblock 14, der über die Berührungsflächen 15 und 16 an dem Dosierge­ häuse anliegt, jedoch entlang der Ebene dieser Berüh­ rungsflächen gegenüber dem stationären Dosiergehäuse ver­ schiebbar ist. In den Mischerblock 14 ist ein Mischzylin­ der 17 eingeformt, der am unteren Ende eine Ausstoßdüse 18 und über seine ganze Länge einen Mischrotor 19 ent­ hält, der an seinem oberen Ende 19 a in dem Mischerblock 14 gelagert ist und über ein angeflanschtes Zahnrad 20 in Drehung versetzt werden kann. Ein nur andeutungsweises gezeigtes Antriebsritzel 21 kämmt mit dem Zahnrad 20 und wird von einem ebenfalls nur andeutungsweise gezeigten Motor 22 gleichmäßig angetrieben. Dabei ist die axiale Länge entweder des Zahnrades 20 oder des Ritzels 21 so bemessen, daß beide Räder auch bei einer Axialverschie­ bung des Mischerblocks 14 und damit des Mischrotors 19 miteinander in Eingriff bleiben. Der Mischerblock wird über eine Andruckrolle 23 an das Dosiergehäuse 4 ange­ drückt, wobei diese Andruckrolle über bekannte Mittel, beispielsweise über einen Druckzylinder gehalten, und auch bewegt werden kann.

In den Mischerblock 14 sind weiterhin Ausstoßleitungen 24 und 25 eingeformt, welche in der in Fig. 1 gezeigten Mo­ mentanstellung des Mischerblocks 14 mit den Öffnungen 26 bzw. 27 im Bodenbereich der Dosierkammer 5 bzw. 6 fluch­ ten. Bei einer Verschiebung des Mischerblocks 14 relativ zum Dosiergehäuse 4 - in Fig. 1 nach unten -, können je­ doch die beiden Öffnungen 26 und 27 der Dosierkammern 5 bzw. 6 von den Ausstoßleitungen 24 und 25 getrennt und jeweils mit einer der Ansaugleitungen 28 bzw. 29 zum Fluchten gebracht werden. Diese Ansaugleitungen 28 und 29 sind jeweils mit einer Vorratsleitung 30 bzw. 31 verbun­ den, welche letztere bei der Darstellung in Fig. 1 senk­ recht zur Bildebene verlaufen. Über diese Vorratsleitungen können die jeweils zu dosierenden und zu vermischen­ den Stoffe, wie Gießharz und Härter, zugeführt werden.

Die Kolbenstange 10 mit den beiden wirksamen Kolben 7 und 8 wird über einen Hubzylinder 32 im Takt gehoben und ge­ senkt, wodurch die Dosierung der zu vermischenden Stoffe entsprechend den Querschnittsverhältnissen der Dosierkam­ mern erfolgt. Im einzelnen ergibt sich dabei folgender Ablauf:

Gegenüber der Darstellung in Fig. 1 wird zunächst der Mi­ scherblock 14 in Richtung zum unteren Bildrand verscho­ ben, so daß die Ansaugleitungen 28 bzw. 29 mit den Öff­ nungen 26 bzw. 27 zur Deckung kommen. Danach werden die Kolben 7 und 8 angehoben, wodurch über die erwähnten An­ saugleitungen 28 und 29 die Dosierkammern 5 und 6 mit dem jeweiligen Stoff gefüllt werden. Danach wird über den Hubzylinder 33 der Mischerblock 14 wieder angehoben, so daß die Öffnungen 26 und 27 mit den Ausstoßleitungen 24 bzw. 25 fluchten, was der in Fig. 1 gezeigten Stellung entspricht. Dann wird über den Hubzylinder 32 die Kolben­ stange 10 mit den Kolben 7 und 8 abgesenkt, wodurch die in den Dosierkammern 5 und 6 enthaltenen Stoffe ausge­ preßt und über die Ausstoßleitungen 24 bzw. 25 in den Mischzylinder gedrückt werden, dessen Rotor 19 ständig angetrieben wird. Über die Druckfortpflanzung wird eine der Summe der Inhalte beider Dosierkammern 5 und 6 ent­ sprechende Menge an Stoffmischung, wie sie im unteren Be­ reich des Mischzylinders 17 enthalten ist, über die Düse 18 ausgestoßen.

Mit dieser Dosier- und Mischvorrichtung können also über die Düse 18 gemischte Stoffe in Form von Tropfen 34 aus­ gestoßen werden, die beispielsweise in einer Größenord­ nung von wenigen Milligramm oder Mikrolitern liegen. Zur Verarbeitung eines Gießharzes mit einem Härter können dabei beispielsweise extreme Mischungsverhältnisse von 100 : 2,5 erreicht werden, welche mit herkömmlichen Mischvorrichtungen nur sehr ungenau zu vermischen und schlecht zu dosieren sind. Für die Vermischung der beiden Stoffe beträgt beispielsweise der Abstand zwischen dem Mischrotor 19 und der Innenwand des Mischzylinders 17 we­ nige Zehntelmillimeter, beispielsweise in der Größenord­ nung von 0,4 mm. Vorteilhaft ist auch die in Fig. 1 dar­ gestellte Anordnung, wobei der Stoff mit dem größeren Mengenanteil, also beispielsweise das Harz, in der Nähe des oberen Endes in den Mischzylinder 17 gelangt, also von der Dosierkammer 5 über die Ausstoßleitung 24, wäh­ rend der Stoff mit dem kleineren Mengenanteil, also bei­ spielsweise der Härter, von der Dosierkammer 6 über die Ausstoßleitung 25 näher an der Ausstoßdüse 18 in den Mischzylinder 17 eingepreßt wird. Dadurch wird der Misch­ zylinder 17 ständig mit der größeren Menge an Harz durch­ gespült; ein Anhärten des Harzes an der Dichtstelle (O- Ring) wird so vermieden.

In dem gezeigten Beispiel besitzt jede Dosierkammer le­ diglich eine Öffnung 26 bzw. 27, die wahlweise mit der Ansaugleitung 28 bzw. 29 und der Ausstoßleitung 24 bzw. 25 verbunden wird. Für bestimmte Anwendungszwecke, wenn beispielsweise in dem Harz leicht sedimentierende Füll­ stoffe enthalten sind, ist es von Vorteil, zwei Öffnungen in jeder Dosierkammer vorzusehen, wobei beim Ansaugen die entsprechenden Ansaugleitungen jeweils mit einer Einlaß­ öffnung und beim Ausstoßen die Ausstoßleitungen jeweils mit einer Ausstoßöffnung gekoppelt werden. Auf diese Wei­ se wird verhindert, daß in der Dosierkammer eine bestimm­ te Bodenmenge des jeweiligen Stoffes verbleibt und sich dort absetzt, da durch die beiden Öffnungen ständig eine vollständige Durchspülung der betreffenden Dosierkammer mit einer immer neuen Stoffmenge gewährleistet wird.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Dosieren und Mischen von mindestens zwei fließfähigen Stoffen mit einer der Anzahl der Stoffe entsprechenden Zahl von zylindrischen Dosierkammern (5, 6) und in den Dosierkammern bewegbaren Kolben (7, 8), wo­ bei jede Dosierkammer beim Zurückziehen des Kolbens mit einer Ansaugleitung (28, 29) und beim Vorschub des Kol­ bens mit einer Ausstoßleitung (24, 25) verbindbar ist und wobei alle Ausstoßleitungen (24, 25) in einen Mischer (14) münden, dadurch gekennzeich­ net, daß die wirksamen Querschnittsflächen der ein­ zelnen Kolben (7, 8) sich zueinander so verhalten wie das gewünschte Mischungsverhältnis der zu dosierenden Stoffe und daß alle Kolben (7, 8) über eine starre Kopplung (10) denselben Hub ausführen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß alle Dosierkammern (5, 6) in einem gemeinsamen Dosiergehäuse (4) eingeformt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dosierkammern (5, 6) koaxial und in Axialrichtung gegeneinander versetzt in dem Dosiergehäuse (4) angeordnet sind und daß die Kolben (7, 8) entsprechend in Axialrichtung versetzt und zu ei­ ner gemeinsamen Kolbenstange (10) mit abgestuften Durch­ messern verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kolben (7, 8) und die Kolbenstange (10) aus einem Stück bestehen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß jede Dosierkammer (5, 6) im Bodenbereich eine Öffnung (26, 27) aufweist, die jeweils wahlweise mit einer Ansaugleitung (28, 29) oder einer Ausstoßleitung (24, 25) verbindbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß jede Dosierkammer im Bodenbereich eine Einlaßöffnung und eine Ausstoßöffnung aufweist, und daß im Takt abwechselnd die Einlaßöffnung mit der Ansaugleitung und die Ausstoßöff­ nung mit der Ausstoßleitung verbindbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die An­ saug- und/oder die Ausstoßleitungen (28, 29; 24, 25) in einem gemeinsamen Gehäuse (14) angeordnet und durch eine Relativbewegung zwischen diesem und dem Dosiergehäuse (4) wahlweise mit den zugehörigen Dosierkammern (5, 6) ver­ bindbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Relativbewegung zwi­ schen dem Dosiergehäuse (4) und den Leitungen (24, 25, 28, 29) als Transversalbewegung parallel zur Zylinderach­ se der Kolben (7, 8) erfolgt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Mi­ scher einen Mischzylinder (17) mit einer an einem Ende vorgesehenen Ausstoßdüse (18) aufweist, in dessen Wand die Ausstoßleitungen (24, 25) münden, und daß in dem Mischzylinder ein zylindrischer Mischrotor (19) drehbar angeordnet ist, der an seinem der Ausstoßdüse entgegen­ gesetzten Ende (19 a) angetrieben wird und dessen Abstand zur Zylinderwand wesentlich geringer ist als sein Radius.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Durchmesser des Mi­ scherstabes in der Größenordnung von 5 bis 10 mm liegt und daß dessen Abstand von der Zylinderwand im Bereich zwischen 0,3 und 0,5 mm liegt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßleitungen (24, 25) in Axialrichtung gegeneinander versetzt in den Mischzylinder (17) münden, wobei die dem kleineren Mate­ rialvolumen zugeordnete Leitung näher an der Ausstoßdüse (18) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß der Mischzylinder (17) in einen Mischerblock (14) eingeformt ist, welcher zugleich die Ansaug- und/oder Ausstoßleitun­ gen (28, 29; 24, 25) enthält.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Achse der Dosierkol­ ben (7, 8) parallel zur Achse des Mischzylinders (17) verläuft, daß das Dosiergehäuse (4) feststehend angeord­ net ist und die Dosierkolben (7, 8) sowie der Mischer­ block (14) jeweils im Takt relativ zum Dosiergehäuse (4) bewegbar sind.