DE3630992C2 - Vorrichtung zum Dosieren und Mischen von Stoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren und Mi­ schen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In der EP 0 028 808 A2 ist eine Vorrichtung mit mindestens zwei parallel angeordneten Kolbenpumpen beschrieben, deren Ausgänge an eine gemeinsame Mischeinrichtung angeschlossen sind, wobei die Kolben der beiden Pumpen über eine gemeinsame Hebelvorrichtung betätigbar sind. Da über die Hebelvorrich­ tung unterschiedliche Kolbenhübe eingestellt werden können, kann auf diese Weise das Mischungsverhältnis eingestellt wer­ den.

Allerdings ist es bei der bekannten Vorrichtung nicht ohne weiteres möglich, sehr kleine und zueinander sehr unter­ schiedliche Mengen genau zu dosieren und zu vermischen. Die­ ses Problem tritt beispielsweise dann auf, wenn einem Gieß­ harz ein Härter in einem extrem kleinen Mischungsverhältnis zugesetzt werden soll und die insgesamt zu dosierende Menge ebenfalls sehr gering ist. Bei herkömmlichen Dosiervorrich­ tungen ergäben sich beispielsweise bei der Zuführung des Här­ ters Kolbenhübe von weniger als 0,1 mm. In modernen Ferti­ gungsverfahren kommt es jedoch gerade auch bei der Verarbei­ tung von Gießharz sehr genau auf die Mischungsverhältnisse an, da davon nicht nur die Aushärtezeit abhängt, welche den Fertigungsablauf stark beeinflußt, sondern auch die Aushärte­ qualität.

Aus der EP 0 113 486 A2 ist eine Dosiervorrichtung der ein­ gangs genannten Art bekannt, wobei Wasser, Luft sowie eine schäumende Flüssigkeit mittels Dosierkammern und Kolben mit unterschiedlichen Querschnitten in einem gewünschten Verhält­ nis dosiert und dann einer Mischvorrichtung zugeführt werden. Die Zuleitung der einzelnen Komponenten zu den Dosierkammern und deren Ableitung von den Dosierkammern erfolgt dort über wahlweise zu verschließende Ventile. Dies ist bei Flüssigkei­ ten mit hoher und bleibender Viskosität sinnvoll und üblich; für die Dosierung von zähflüssigen, aushärtbaren Stoffen, wie Gießharz, sind derartige Leitungen mit Ventilen nicht trag­ bar.

Ähnlich ist es bei einer Dosierpumpe, wie sie in der EP 0 039 146 A1 beschrieben ist. Auch dort erfolgt die Dosierung über unterschiedliche Kolbenquerschnitte, wobei die Zuleitung und Ableitung zu und von den Dosierkammern über flexible Schläuche und entsprechend steuerbare Ventile erfolgen.

Auch bei einer Mischvorrichtung gemäß DE-OS 15 42 287 wird das Mischverhältnis zwischen einem Hauptmedium, z. B. Wasser, und einem Zusatzmedium, z. B. einem Kühlmittelkonzentrat, durch den großen Querschnitt eines Pumpzylinders und den kleinen Querschnitt eines Dosierzylinders bestimmt. Auch dort führen jedoch lange Leitungen, die jeweils von Ventilen un­ terbrochen sind, vom Dosierzylinder bzw. vom Pumpzylinder in die Mischkammer, so daß sich das oben erwähnte Problem bei der Verarbeitung von kritischen, beispielsweise von schnell aushärtenden Stoffen stellt.

Nicht viel anders ist es auch bei der Mischvorrichtung gemäß DE 33 43 935 A1. Zwar sind dort zum Teil Auslaßöffnungen der­ art in der Zylinderwand der verschiedenen Dosierzylinder an­ geordnet, daß sie bei bestimmten Stellungen von den Dosier­ kolben selbst verschlossen werden. Zumindest die Einlaßöff­ nungen müssen jedoch mit Rückschlagventilen versehen werden, so daß sich auch hier das erwähnte Problem stellt. Im übrigen werden die in koaxial angeordneten Dosierzylindern enthaltenen Flüssigkeiten durch die auf einer gemeinsamen Kolbenstange sitzenden Dosierkolben bei deren Wechselbewegungen abwech­ selnd der Mischeinrichtung zugeführt, so daß diese Vorrich­ tung dann nicht eingesetzt werden kann, wenn es auf die gleichzeitige Verarbeitung verschiedener Mischkomponenten an­ kommt.

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 werden können, wobei auch extreme Mischungsverhältnisse sehr genau eingehalten werden können. Die Vorrichtung soll dabei einfach aufgebaut, leicht zu reinigen und für einen schnellen Arbeitstakt geeig­ net sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Anwendung der kenn­ zeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der Erfindung wird also das Mischungsverhältnis in an sich bekannter Weise durch die Querschnittsfläche der jewei­ ligen Kolben (bzw. der die Kolben passend aufnehmenden Do­ sierkammern) festgelegt, wodurch es sehr genau eingestellt werden kann. Die Kolben selbst werden dabei gemeinsam über eine starre Kopplung betätigt, wodurch die Vorrichtung ein­ fach im Aufbau und im Antrieb leicht zu steuern ist.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgese­ hen, daß die Dosierkammern koaxial und in Axialrichtung ge­ geneinander 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 Betätigung der Vorrich­ tung, da mit einem einzigen Hubzylinder die Kolbenstange un­ mittelbar betätigt werden kann, wobei zwei oder mehr genau dosierte Stoffe im richtigen Mischungsverhältnis gleichzeitig ausgestoßen und dem Mischer zugeführt werden können.

In einer Ausführungsform der Dosiervorrichtung kann die Do­ sierkammer im Bodenbereich eine einzige Öffnung aufweisen, welche wahlweise im Arbeitstakt einmal mit einer Ansauglei­ tung und zum anderen Mal mit einer Ausstoßleitung verbunden wird. Bei einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform ist vor­ gesehen, daß im Bodenbereich einer jeden Dosierkammer zwei Öffnungen, nämlich eine Einlaßöffnung und eine Ausstoßöff­ nung, vorgesehen sind, wobei im Takt abwechselnd die Einlaß­ öffnung mit der Ansaugleitung und die Ausstoßöffnung mit der Ausstoßleitung verbindbar ist. Diese zweite Ausführungsform ist insbesondere in den Fällen von Vorteil, bei denen Stoffe mit leicht sedimentierenden Anteilen, etwa Harze mit Füll­ stoffen, verarbeitet werden. Durch die Trennung von Einlaß­ öffnung und Ausstoßöffnung wird erreicht, daß bei jedem Ar­ beitstakt eine neue Stoffmenge in die Dosierkammer gelangt und dabei die vorher dort befindliche Menge vollständig aus dieser Dosierkammer verdrängt.

Erfindungsgemäß sind durch eine Relativbewegung zwischen dem Leitungsgehäuse und dem Dosiergehäuse wahlweise jeweils be­ stimmte Leitungen mit der zugehörigen Dosierkammer verbind­ bar. In einer zweckmäßigen Ausführungsform erfolgt diese Re­ lativbewegung zwischen dem Dosiergehäuse und den Leitungen als Transversalbewegung 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 19a 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 Vorratsleitun­ gen 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 Öffnungen 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 (11)

1. Vorrichtung zum Dosieren und Mischen von mindestens zwei fließfähigen Stoffen mit einer der Anzahl der Stoffe entspre­ chenden Zahl von zylindrischen, in einem gemeinsamen Dosierge­ häuse ausgebildeten Dosierkammern (5, 6) und mit in den Do­ sierkammern bewegbaren Kolben (7, 8), deren wirksame Quer­ schnittsflächen sich zueinander so verhalten wie das gewünsch­ te Mischungsverhältnis der zu dosierenden Stoffe und die alle über eine starre Kopplung (10) den selben Hub ausführen, wobei jede Dosierkammer beim Zurückziehen des Kolbens mit einer An­ saugleitung (28, 29) und beim Vorschub des Kolbens mit einer Ausstoßleitung (24, 25) verbindbar ist und wobei alle Ausstoß­ leitungen (24, 25) in einen Mischer (14) münden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaug- und/oder die Ausstoßleitungen (28, 29; 24, 25) jeweils in einem gemeinsamen Leitungsgehäuse (14) angeordnet sind, welches über mindestens eine Berührungsfläche (15, 16) an dem Dosiergehäuse (4) ver­ schiebbar anliegt,
daß die Ansaug- und/oder Ausstoßleitungen einerseits und min­ destens eine Öffnung (26, 27) einer jeden Dosierkammer (5, 6) andererseits in die gemeinsame Berührungsfläche (15, 16) mün­ den und daß durch eine Relativbewegung zwischen dem Leitungs­ gehäuse (14) und dem Dosiergehäuse (4) entlang der jeweiligen Berührungsfläche (15, 16) wahlweise die Ansaugleitungen (28, 29) oder die Ausstoßleitungen (24, 25) mit entsprechenden Öff­ nungen (26, 27) der Dosierkammern (5, 6) verbindbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dosierkammern (5, 6) koaxial und in Axialrich­ tung gegeneinander versetzt in dem Dosiergehäuse (4) angeord­ net sind und daß die Kolben (7, 8) entsprechend in Axialrich­ tung versetzt und zu einer gemeinsamen Kolbenstange (10) mit abgestuften Durchmessern verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kolben (7, 8) und die Kolbenstange (10) aus einem Stück bestehen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Dosierkammer (5, 6) im Boden­ bereich eine Öffnung (26, 27) aufweist, die jeweils wahlweise mit einer Ansaugleitung (28, 29) oder einer Ausstoßleitung (24, 25) verbindbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Dosierkammer im Bodenbereich eine Einlaßöffnung und eine Ausstoßöffnung aufweist, und daß im Takt abwechselnd die Einlaßöffnung mit der Ansaugleitung und die Ausstoßöffnung mit der Ausstoßleitung verbindbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung zwischen dem Dosiergehäuse (4) und dem Leitungsgehäuse (14) als Transver­ salbewegung parallel zur Zylinderachse der Kolben (7, 8) er­ folgt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer einen Mischzylinder (17) mit einer an einem Ende vorgesehenen Ausstoßdüse (18) aufweist, in dessen Wand die Ausstoßleitungen (24, 25) mün­ den, und daß in dem Mischzylinder ein zylindrischer Mischro­ tor (19) drehbar angeordnet ist, der an seinem der Ausstoß­ düse entgegengesetzten Ende (19a) angetrieben wird und dessen Abstand zur Zylinderwand wesentlich geringer ist als sein Ra­ dius.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Durchmesser des Mischerstabes in der Größen­ ordnung von 5 bis 10 mm liegt und daß dessen Abstand von der Zylinderwand im Bereich zwischen 0,3 und 0,5 mm liegt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausstoßleitungen (24, 25) in Axialrich­ tung gegeneinander versetzt in den Mischzylinder (17) münden, wobei die dem kleineren Materialvolumen zugeordnete Leitung näher an der Ausstoßdüse (18) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischzylinder (17) in das Lei­ tungsgehäuse (14) eingeformt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Achse der Dosierkolben (7, 8) parallel zur Achse des Mischzylinders (17) verläuft, daß das Dosierge­ häuse (4) feststehend angeordnet ist und die Dosierkolben (7, 8) sowie das Leitungsgehäuse (14) jeweils im Takt relativ zum Dosiergehäuse (4) bewegbar sind.