DE3740857A1 - Vorrichtung zum automatischen dosieren und mischen von reaktionsharzkomponenten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Dosie­ ren und Mischen von Reaktionsharzkomponenten gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1.

Bei der Herstellung von Reaktionsharzmassen, die üblicherweise aus Harz- und Härterkomponenten gegebenenfalls und/oder Be­ schleunigerkomponenten bestehen und auch Füllstoffe enthalten können, ist es erste Voraussetzung, daß die Komponenten im rich­ tigen Verhältnis vorliegen. Bei der automatisierten Dosierung der Komponenten und der Mischung nach dem sogenannten Durchlauf­ verfahren sind die Ausgangskomponenten bzw. Vorgemische im rich­ tigen Verhältnis synchron zu dosieren.

Besonders wichtig ist eine exakte synchrone Dosierung der Kompo­ nenten und eine optimale Homogenisierung wenn die Komponenten in volumetrischem Verhältnis 100:20 vorliegen. Weiterhin kommt in allen Fällen der Gestaltung der Komponentenzuführung in die Durchlaufmischeinrichtung (statischer oder dynamischer Durchlaufmischer) besondere Bedeutung zu. Dichte-, Oberflächen­ spannungs- und Viskositätsunterschiede wirken sich bei intermit­ tierendem Betrieb in ungemischtem sowie in teilgemischtem Zu­ stand durch Zusammenballung und Anhäufung nachteilig aus. Des weiteren kann es durch vorgenannte Einflüsse dazu kommen, daß Härter in die Harzleitung und umgekehrt wandern, so daß durch vorzeitige partielle Härtung in diesen Bereichen Verengungen und Verstopfungen auftreten können.

Auf dem Markt werden Einrichtungen zum Dosieren und Mischen von Zweikomponentenharzen, zum Beispiel Epoxid- und Polyurethan­ harzen angeboten, die zur Dosierung der Komponenten rotierende oder oszilierende Verdrängerpumpen enthalten. Für jede Kompo­ nente wird eine Pumpe mit separatem oder gemeinsamen Antrieb eingesetzt. Bei intermittierendem Betrieb entstehen insbeson­ dere zu Beginn und am Ende des Dosiervorganges aufgrund me­ chanischer Toleranzen im Antrieb von oszilierenden oder rotie­ renden Verdrängerpumpen bzw. in der elektronischen Ansteuerung Unterschiede im Mischungsverhältnis. Da beim Durchlaufverfahren die Mischung beider Komponenten in der Regel nur quer zur Strö­ mung erfolgt, kommt es zu Störungen in der Mischung, so daß unterschiedliche Endeigenschaften in den Formstoffen partiell entstehen.

Es ist sehr schwierig diese unvollkommenen Mischungsteile meß­ technisch zu erfassen. Bei Verklebungen, Abdeckungen und Umhül­ lungen mit Reaktionsharzen, insbesondere bei großen Stückzahlen von elektronischen Bauelementen treten Ausfälle durch Störungen in der Harzzusammensetzung auf.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Anlage zum automatischen Do­ sieren und Mischen von Reaktionsharzkomponenten sowohl für übli­ che als auch für extreme volumetrische Mischungsverhältnisse zu konzipieren, bei der das mechanische Spiel des Antriebs auf die Dosiergenauigkeit und Synchronisation weitgehend ausgeschaltet ist. Selbst Komponenten mit großen Viskositätsunterschieden, zum Beispiel hochviskose Harzkomponenten und dünnflüssige Be­ schleunigerkomponenten bzw. umgekehrt sollen noch mit hoher Mischungsqualität verarbeitet werden können. Ferner soll die Anlage möglichst ohne elektronischen Steuerungsaufwand sicher funktionieren. Die Durchmischung soll vor allem mit statischen Mischern möglich sein.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst, die gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 ausgebildet ist.

Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Kolbenstangen auf dem gemeinsamen, in sich starren Verbindungsbalken führen die Kol­ ben gleichzeitig annähernd den gleichen Hub aus.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Dosierpumpen liegen die Mittellinien der paarweise zusammengehörenden äußeren Do­ sierpumpen in gleichem Abstand aber in entgegengesetzter Rich­ tung von der Mittellinie der mittleren Dosierpumpe. Zweckmäßi­ gerweise sind die Abstände der Zylinder der Dosierpumpen unter­ einander gering zu halten. Wesentlich ist, daß die volumenmäßig größeren Komponenten auf jeweils zwei äußere gleich große Do­ sierpumpen aufgeteilt werden und die volumenmäßig kleinste Kom­ ponente durch eine einzige mittlere Dosierpumpe dosiert wird.

Das volumetrische Mischungsverhältnis der Reaktionsharzkomponen­ ten zueinander wird gebildet aus den Verhältnissen der Summen der Kolbenflächen F zusammengehörender Dosierpumpen 2, 3 und 4, 5 und 6. Zum Beispiel ergibt sich für die Komponenten A, B, C aus den Kolbenflächen der Dosierpumpen 3 + 4 = 2 × F _A , aus den Kolbenflächen der Dosierpumpen 5 + 6 = 2 × F _B , und aus der Kolbenfläche der Dosierpumpe 2 = 1 × F _C das volumetrische Mi­ schungsverhältnis der Komponenten A:B:C = 2F _A :2F _B :F _C . Dies gilt unter der Voraussetzung, daß alle Kolben 8 den gleichen Hub gleichzeitig ausführen.

Durch die beschriebene Aufteilung der entsprechenden Komponen­ ten und die Anordnung der Dosierpumpen werden relative Geschwin­ digkeitsänderungen der einzelnen Kolben zueinander während des Dosiervorganges und damit verbunden die Fördermengenschwankun­ gen der einzelnen Dosierpumpen untereinander ausgeglichen. Da­ durch ist das volumetrische Mischungsverhältnis der einzelnen Komponenten zueinander in jedem Zeitpunkt konstant.

Relative Geschwindigkeitsänderungen der Kolbenbewegungen können durch unterschiedliche Strömungswiderstände der Komponenten (Flüssigkeiten) in den Förderleitungen sowie durch Reibungsver­ luste zum Beispiel an den Kolben und/oder an den Kolbenstangen entstehen.

Bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auf hochpräzise Führung des gemeinsamen Verbindungsbalkens verzichtet werden. Ein zunehmendes Spiel in der Balkenführung während des Betrie­ bes wirkt sich auf das Mischungsverhältnis nicht nachteilig aus. Dies ist insbesondere bei extremen Mischungsverhältnissen von beispielsweise 100:1 Volumenteilen wichtig.

Selbst füllstoffhaltige Komponenten sind verarbeitbar. Eine waa­ gerechte Lagerung der Zylinder hat sich als besonders vorteil­ haft erwiesen.

Die Füllung der Dosierpumpen erfolgt vorzugsweise aus mit Gas­ druck beaufschlagten Vorratsbehältern indem die Kolben der Do­ sierpumpen durch die Massen zurückgedrückt werden. Es ist aber auch möglich die Dosierpumpen durch Zurückziehen der Kolben mittels mechanischen Antriebs aus den druckbeaufschlagten oder drucklosen Vorratsbehältern zu füllen. Zweckmäßig ist es, die Eintrittsöffnung am Zylinderkopf unten und die Austrittsöffnung am Zylinderkopf oben anzubringen um Luftanschlüsse zu vermei­ den.

Für den Betrieb sind die Dosierpumpen mit Ventilen für die Ein- und Austrittsöffnungen zu versehen. Als Ventil können handbe­ tätigte oder automatische oder in einer bekannten Weise ge­ steuerte Absperrorgane verwendet werden.

Der Dosiervorgang kann durch hydropneumatische Druckbeaufschla­ gung der Rückseiten der Kolben über die Druckleitungen bewirkt werden. Das als Hydraulikflüssigkeit bevorzugt verwendete Rizi­ nusöl schmiert und dichtet die Kolben. Als Hydraulikflüssigkeit sind auch die jeweils zu dosierenden Flüssigkeiten selbst oder andere geeignete Flüssigkeiten verwendbar.

Durch die beschriebene Art der Druckbeaufschlagung der Kolben­ rückseiten wird eine relativ gleichmäßige Krafteinleitung auf die Kolben erreicht.

Um einen ruckfreien Dosiervorgang zu erreichen, ist es zweck­ mäßig, den Verbindungsbalken an beispielsweise einer Schlit­ tenführung oder Säulenführung zu befestigen.

Zur Vermischung der Komponenten erfolgt die Einleitung über Lei­ tungen im sogenannten Zusammenführungsstück. Dieses ist vor dem Mischer vorzugsweise einem statischen oder dynamischen Mischer bekannter Bauart angeordnet und bewirkt eine gleichmäßige Zu­ führung der zu vermischenden Stoffe sowie bei intermittierendem Betrieb eine weitestgehend gleichmäßige Verteilung der unge­ mischten oder teilgemischten Komponenten ohne Zusammenballung.

In das Zusammenführungsstück (Fig. 5, Fig. 6) mündet die Zu­ führung für die mengenmäßig größere Komponente in einen flachen Kanal. In diesen mündet eine Ventilöffnung eines Ventilein­ satzes. Die Ventilöffnung dient der Zuführung der mengenmäßig kleineren Komponente. Gegenüber der Zuführung der mengenmäßig größeren Komponente, zum Beispiel der Harzkomponente, ist das statische Mischrohr oder der dynamische Mischer angeordnet.

Als Ventileinsatz dient vorzugsweise eine Querbohrung mit seit­ lichen Ventilöffnungen, die mit einem aufgeschobenen Elastomer­ schlauch versehen ist. Durch Druck auf die Flüssigkeit in der Zuführung wird ein Teil des Elastomer-Schlauches in den Kanal verdrängt und der Durchtritt für die Flüssigkeit freigegeben. Über den Ventileinsatz wird die mengenmäßig kleinere Komponen­ te, zum Beispiel Härter oder Beschleuniger, zugeführt.

Bei einer weiteren geeigneten Ausführungsform ist ein rechtwink­ lig angeordneter Ventileinsatz mit einem aus federndem Material bestehenden Deckel, der mit einer Schraube stirnseitig auf dem Ventileinsatz befestigt ist, verschlossen. Der Deckel öffnet sich durch Druck in der Zuführung.

Als Mischeinrichtung werden handelsübliche Durchlaufmischer nach dem dynamischen und vorzugsweise nach dem statischen Prin­ zip verwendet.

In vielen Fällen insbesondere zum Vergießen unter Vakuum ist es vorteilhaft, das Auslaufrohr des Mischers mit einem Ventil (Fig. 7) ähnlich dem beschriebenen Ventileinsatz mit Elastomer­ schlauch zu versehen. Es kann so unter Vakuum vergossen werden ohne daß ein Nachtropfen zu befürchten ist. Das Auslaufrohr des Mischers kann weiterhin auch mit einer geschlossenen Gießform oder einer Vielfach-Dosiervorrichtung verbunden sein.

Beim Verarbeiten von mehr als zwei Komponenten kann eine Vor­ mischung von zwei Komponenten und dann die endgültige Mischung mit den weiteren Komponenten erfolgen (Fig. 4). Diese Verfahrens­ weise ist für Reaktionsharzmischungen mit extrem kleinen Be­ schleunigeranteilen besonders vorteilhaft.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 und 2 Blockschaltschemen von Dosier- und Mischanlagen mit 3 Dosierpumpen,

Fig. 3 ein Blockschaltschema einer Dosier- und Mischanlage mit 5 Dosierpumpen,

Fig. 4 ein Blockschaltschema einer Dosier- und Mischanlage mit einem Vormischer,

Fig. 5 und 6 Zusammenführungsstücke mit Ventileinsätzen im Schnitt,

Fig. 7 einen Schnitt des Auslaufrohres mit Ventil.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltschema einer erfin­ dungsgemäßen Dosier- und Mischanlage. Das Füllen der auf dem Verbindungsbalken 10 in gleichem Abstand angeordneten Dosier­ pumpen 2, 3, 4 erfolgt aus den mit Gasdruck beaufschlagten Vor­ ratsbehältern 17, 19. 9 sind die Kolbenstangen der Dosierpumpen. Die Eintrittsöffnung 23 ist am Zylinderkopf unten und die Aus­ trittsöffnung 24 am Zylinderkopf oben angebracht. Die Dosierpum­ pen 2, 3, 4 sind mit Leitungen 20, 21 für die Zufuhr und 11, 12 für die Weiterleitung der Komponenten aus den Zylindern 7 ver­ bunden. Die Eintrittsöffnung 23 und die Austrittsöffnung 24 sind mit je einem Ventil versehen. Die Dosierung erfolgt durch hydropneumatische Druckbeaufschlagung der Rückseite der Kolben 8 über die Druckleitungen 25. Als Hydraulikflüssigkeit dient Rizinusöl. Mit 26 ist der Druckbehälter bezeichnet. Die über die Leitungen 11, 12 dem Zusammenführungsstück 14 zugeführten Komponenten werden in den diesem vorgeschalteten dynamischen oder statischen Mischer 15 eingeleitet und vermischt, der ein Auslaufrohr 16 aufweist.

Ist der Kolben 8 der Dosierpumpe 2 blockiert, so wird bei einer möglichen Vorwärtsbewegung des Kolbens 8 der Dosierpumpe 4 der Kolben 8 der Dosierpumpe 3 gleichzeitig zurückbewegt, so daß keine Masse ausgefördert wird. Ebenso wird bei einer Vorwärtsbe­ wegung des Kolbens 8 der mittleren Dosierpumpe 2 bei Verdrehung des Balkens 10 um die Mittellinie der Dosierpumpe 2 ein Aus­ gleich der Fördermengen zwischen den Dosierpumpen 3 und 4 er­ reicht.

In Fig. 2 ist eine Dosier- und Mischanlage gemäß der Erfindung mit den Dosierpumpen 2, 3, 4, den Kolben 8 und den Kolbenstan­ gen 9 gezeigt. Die Mittellinien der Dosierpumpen 2, 3, 4 sind in einer Ebene parallel in gleichem Abstand zueinander auf dem Verbindungsbalken 10 angeordnet. Die Abstände der Zylinder 7 der Dosierpumpen 2, 3, 4 sind untereinander gering. Die Dosier­ pumpen werden mittels mechanischem Antrieb durch Zurückziehen des Verbindungsbalkens 10 mit Harz bzw. Härter aus den Vorrats­ behältern 17, 19 gespeist, wobei die volumenmäßig größere Kom­ ponente (Harz) in die äußeren Dosierpumpen 3, 4 und die volumen­ mäßig kleinere Komponente (Härter) in die mittlere Dosierpumpe 2 gelangt. Die Dosierpumpen sind mit der Zuleitung 11 und der Verbindungsleitung 12 versehen, die in das Zusammenführungs­ stück 14 münden. Die Eintrittsöffnung 23 und die Austritts­ öffnung 24 sind mit einem Ventil 32 versehen. Die Mischung der zugeführten Komponenten erfolgt im Mischer 15, der ein Auslauf­ rohr 16 aufweist.

Wird der Kolben 8 der Dosierpumpe 3 blockiert, so können selbst durch geringstes Spiel in der Führung des Verbindungsbalkens 10 die Kolben 8 der Dosierpumpen 2, 4 einen kleinen Hub ausführen. Das Verhältnis der von den Dosierpumpen 2 und 4 ausgeförderten Mengen bleibt davon unberührt, da der Hub des Kolbens 8 der Do­ sierpumpe 4 doppelt so lang ist wie der des Kolbens 8 der Do­ sierpumpe 2 und somit die fehlende Menge der blockierten Dosier­ pumpe 3 ausgeglichen wird.

Die in Fig. 3 veranschaulichte Ausführungsform einer Dosier- und Mischanlage gemäß der Erfindung dient zum Vermischen von drei Komponenten mittels der Dosierpumpe 2 für die volumenmäßig kleinste Komponente und den Dosierpumpen 3, 4, 5, 6 für die volumenmäßig größeren Komponenten. Die Dosierpumpen sind auf dem Verbindungsbalken 10 in zueinander gleichmäßig geringem Abstand in einer Ebene angeordnet. Zum Vermischen werden die Komponenten über die Leitungen 11, 12, 13 dem Zusammenführungs­ stück 14 zugeführt und in dem dynamischen Mischer 15 im ge­ wünschten Verhältnis gemischt.

In der in der Figur dargestellten Dosier- und Mischanlage mit 5 Dosierpumpen 2, 3, 4, 5, 6 mit blockierten Kolben 8 der Do­ sierpumpe 3 bewirkt eine Vorwärtsbewegung der Kolben 8 der Do­ sierpumpen 2, 4, 6 eine Rückwärtsbewegung des Kolbens 8 zu der Dosierpumpe 5. Die Summe der Hübe paarweise zusammengehörender Dosierkolben 8 sind in jedem Zeitpunkt gleich und diese Summen sind jeweils gleich dem doppelten Hub des Kolbens 8 der Dosier­ pumpe 2.

Fig. 4 veranschaulicht in einem Blockschaltschema die Möglich­ keit der Vormischung bei mehr als zwei Komponenten. Es werden die zu dosierenden Komponenten (Flüssigkeiten) der Dosierpum­ pen 3 und 4 mit der Komponente der Dosierpumpe 2 über die Ver­ bindungsleitungen 11, 12 dem Zusammenführungsstück 14 zugeführt und im Vormischer 34 gemischt. Über die Verbindungsleitung 35 wird das Vorgemisch in ein weiteres Zusammenführungsstück 41 geleitet. Gleichzeitig werden die Komponenten (Flüssigkeiten) der Dosierpumpen 5 und 6 dem weiteren Zusammenführungsstück 41 über die Verbindungsleitung 13 zugeführt. Im Mischer 15 erfolgt die endgültige Homogenisierung der dosierten Komponenten (Flüs­ sigkeiten).

In den Fig. 5 und 6 sind für die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders geeignete Zusammenführungsstücke mit Ventileinsätzen veranschaulicht.

Das Zusammenführungsstück 14 hat einen flachen Kanal 27. In diesen mündet die Zuführung für die mengenmäßig größere Kompo­ nente (Harz) 28 und die Ventilöffnung des Ventileinsatzes 33 bzw. 36. Die Ventilöffnung 40 dient der Zuführung der mengen­ mäßig kleineren Komponente (Härter) 29.

Gegenüber der Zuführung 28 der mengenmäßig größeren Komponente (Harz) ist der statische Mischer 15 angeordnet.

Fig. 5 zeigt einen Ventileinsatz 33 mit Querbohrung 31, die mit einem aufgeschobenen Elastomer-Schlauch 39 versehen ist.

Fig. 6 zeigt einen Ventileinsatz 36. Die Zuführung 29 für die mengenmäßig kleinere Komponente mündet in ein engeres Rohr, das mit einem Deckel 37 aus federndem Material versehen ist. Der Deckel ist mit einer Schraube 38 stirnseitig auf dem Ventilein­ satz 36 befestigt. Durch Druck in der Zuführung 29 öffnet sich der Deckel 37 und die Komponente 29 kann in den Kanal 27 ein­ strömen.

Fig. 7 zeigt im Schnitt ein Auslaufrohr 16 für den Mischer. Das Rohr 16, das mit der Querbohrung 31 versehen ist, weist einen Elastomerschlauch 39 auf.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum automatischen Dosieren und Mischen von Reak­ tionsharzkomponenten mit und ohne Füllstoff aus Vorratsbehäl­ tern und mit Dosierkolbenpumpen, statischen und dynamischen Mischern und Ventilen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für n Komponenten 2 × n-1 Dosierkolben­ pumpen (1) mit den Kolben (8) und den Kolbenstangen (9) auf einem in sich starren Verbindungsbalken (10) befestigt sind wobei die Mittellinien der Dosierkolbenpumpen (1) in einer Ebene parallel zueinander angeordnet sind und daß die mittlere Dosierpumpe (2) die volumenmäßig kleinste Komponente enthält und die volumenmäßig größeren Komponenten auf paarweise zueinan­ der gehörende Dosierpumpen (3 und 4; 5 und 6) aufgeteilt sind, und daß die paarweise zusammengehörenden Dosierpumpen (3 und 4; 5 und 6) gleiche Kolbendurchmesser aufweisen und jeweils im gleichen Abstand zur Mittellinie der mittleren Dosierpumpe (2) entgegengesetzt angeordnet sind, wobei die Summen der Kolben­ flächen der paarweise zusammengehörenden Dosierpumpen (3 und 4; 5 und 6) und der Dosierpumpe (2) im volumetrischen Verhältnis der einzelnen Komponenten zueinander stehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dosierpumpen (2, 3, 4, 5, 6) waagerecht gelagert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierung durch pneuma­ tische hydraulische oder hydropneumatische Druckbeaufschlagung erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Hydraulikflüssigkeit gegen­ über den zu dosierenden Flüssigkeiten reaktionsträge Medien ver­ wendet werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierung durch elektro- mechanischen Antrieb des Verbindungsbalkens (10) erfolgt.

6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch ein Zusammenführungs­ stück (14) vor dem statischen oder dynamischen Mischer (15) zum definierten Einleiten der Komponenten in den Mischer (15).

7. Zusammenführungsstück nach Anspruch 6, gekenn­ zeichnet durch einen Ventileinsatz (33) mit einer Querbohrung (31) und einem Elastomerschlauch (30).

8. Zusammenführungsstück nach Anspruch 6, gekenn­ zeichnet durch einen Ventileinsatz (36) dessen Zuführung (29) einen Deckel (37) aufweist.