DE4445946C2 - Vorrichtung zum Zuführen der Einzelkomponenten von flüssigem Mehrkomponenten-Kunststoff an eine Ausgußdüse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum dosierten Zuführen von flüssigen, Mehrkomponenten-Kunststoffen an eine Ausgußdüse mit Komponentenbehältern und Verbindungsleitung an einen Mischkopf mit steuerbaren Ventilabsperrungen für die Einzelkomponenten.

Man unterscheidet heute für die Aufbereitung der Zwei- oder Mehrkomponenten-Spritztechnik das Niederdruck- und das Hochdrucksystem. Bei der Hochdrucktechnik werden Drücke auf der Seite der flüssigen Kunststoffe von 100 bis über 200 bar angewendet. Die Komponenten werden meistens unmittelbar vor der sogenannten statischen Vermischung zusammengeführt. Für die statische Vermischung werden in der Regel keine mechanischen Hilfen verwendet. Man nützt vor allem die Kräfte aus der Umwandlung der statischen Energie in die Geschwindigkeitsenergie aus. Hochdruckanlagen werden für Durchsätze bis zu 1000 kg Material pro Stunde eingesetzt, z. Bsp. für große Flächenbeschichtungen von Dächern, Isolationsplatten usw.

Die Erfindung betrifft die Gattung der Niederdrucktechnik mit statischen Drücken von 1-100 bar, insbesondere 1-20 bar, vorzugsweise 1-5 bar. Man bezeichnet die entsprechenden An­ lagen auch als Kleinverguss- oder Kleinspritzanlage. Diese erlauben die gleichen Grundstoffe zu verarbeiten, wie bei der Hochdrucktechnik. Es sind dies Elastomere, Polyurethan, Epoxy, Polyester und anderen Flüssigharzen. Die häufigsten Verarbeitungsweisen sind Giessen, Spritzen, Kleben und Schäumen. Die ganze Technik basiert auf der besonderen chemisch-physikalischen Beschaffenheit, vor allem dem schnellen Reaktionsvermögen, der Einzelkomponenten nach dem Zusammenführen. Drei Eigenschaften sind charakteristisch für die Mehrkomponenten-Kunststoffe:

• - Sehr schnell, teils innert Sekunden nach dem Zusammenbringen der Komponenten, beginnen diese sich zu vernetzen und hart oder zäh zu werden. Sie behalten beim Hartwerden die eingenommene Form. Dies trifft auch dann zu, wenn die Mischung nicht in die gewünschte Form gegoßen wird, sondern unbeabsichtigt z. Bsp. im Mischer selbst verbleibt. Der Mischer muss nach einem solchen Unfall, weggeworfen werden.
• - Ein Teil der Komponenten, bei zwei Komponenten zumindest der Härter, hat ein extrem aggressives Verhalten im Hinblick auf die Wasseraufnahme aus der Luft. Die Wassermoleküle der Luft verbinden sich mit dem Härter und haben eine Kristallbildung zur Folge, die sich an allen von ihm benetzten Teilen ablagern. Diese Ablagerungen an mechanisch bewegten Teilen führt in kurzer Zeit zu Schäden an Dichtungen, Blockierungen, oder zu Verstopfungen der Kanäle. Jeder Luftkontakt der Komponenten muss deshalb bis zum Vergiessen vermieden werden.
• - Mit einem periodischen Spülmitteleinsatz wird versucht, einen Teil der Störquellen so gut wie möglich zu eliminieren.

Die bei der Niederdrucktechnik verwendeten Apparate tragen diesen Sachverhalten Rechnung, indem die einzelnen Komponenten aus den jeweiligen Komponenten-Behältern über je eine eigene Pumpe über Schläuche bis nahe an den Mischer geführt werden. Kurz vor dem Mischer wird für jede Komponente durch ein Ventil, automatisch oder von Hand, die Förderung freigegeben oder gestoppt. In der Niederdrucktechnik werden kleine bzw. kleinste Teile hergestellt bzw. entsprechende Kleinflächen beschichtet. Bei der Herstellung von Einzelteilen müssen für jedes Teil die Ventile kurz für einen Schuß geöffnet und danach wieder geschlossen werden. Es hat sich nun gezeigt, daß gerade hier bei den bekannten Apparaten eine Schwachstelle liegt. Aus den weiter oben geschilderten Gründen treten zu häufig Störungen auf. Ein zweites allgemeines Problem liegt darin, daß nach jedem Produktwechsel oder nach jedem größeren Produktions­ unterbruch ein Teil oder alle, von den Komponenten berührten inneren Flächen, sauber gereinigt werden müssen. Teilweise ist dies mit entsprechenden automatischen Spüleinsätzen möglich. Die Praxis zeigt jedoch, dass je nach Anwendungsfall und den besonderen Grundkomponenten zumindest Teilbereiche schlecht oder nur mit zu großem Aufwand gereinigt werden können, was bei mechanisch bewegten Teilen sehr nachteilig ist. Besonders gilt dies bei den Ventilen, den häufig verwendeten Zahnradpumpen und gewissen Partien im Bereich des Mischers. Obwohl die Kleinverguss- bzw. Kleinspritzanlagen für sehr viele Anwendungen z. Bsp. für die Klebetechnik, den Modellbau oder für die Serien-Herstellung von Kleinteilen in der Elektroindustrie geradezu prädestiniert sind, haben zu viele Störungen und ein zu grosser Aufwand für die Reinigung bisher einen breiteren Einsatz teilweise gehemmt.

Aus der DE 25 54 233 A1 ist eine Vorrichtung zum dosierten Zuführen von flüssigen Mehrkomponenten-Kunststoffen an eine Ausgußdüse bekannt, bei der die Komponentenbehälter als Druckzylinder mit wegnehmbaren Abschlußdeckel ausgebildet sind. Die Verdrängerkolben sind mittels einer Verbindungsbrücke starr miteinander verbunden, wodurch der Antrieb die Verdrängerkolben gleichzeitig betätigt. Es ist zwar möglich, das Mischungsverhältnis dadurch zu verändern, daß die Zylinderinhalte verändert werden, dazu ist jedoch ein Umbau mit Einsetzen eines anderen Zylinders erforderlich. Ein kurzfristiger Produktwechsel ist bei dieser Vorrichtung daher nicht möglich.

Aus der DE 21 44 622 A1 ist eine Vorrichtung zum dosierten Zuführen von flüssigen Mehrkomponenten-Kunststoffen bekannt, bei der Dosierungszylinder durch einen Hydraulikzylinder betätigt werden. Mit den Vorratsbehältern befaßt sich diese Schrift nicht, da sie lediglich die Dosiervorrichtung beschreibt. Das Mengenverhältnis wird über ein Getriebe eingestellt. Diese Einstellung kann jedoch auch nicht kurzfristig verändert werden, da sie den Austausch von Zahnrädern des Getriebes erfordert.

Schliesslich ist aus der DE 28 08 183 A1 eine Vorrichtung bekannt, bei der, zwischen den Vorratsbehältern und einem Mischer Dosierelemente angeordnet sind, welche die zu mischenden Mengen durch Hubzählung einstellen. Zwischen Mischer und Ausgußdüse sind dann nochmals Dosierelemente angeordnet, welche die zu verarbeitende Menge der Mischung dosieren. Bei dieser Vorrichtung läßt sich zwar das Mengenverhältnis jederzeit ändern, jedoch erfordert ein Produktwechsel eine aufwendige Reinigung der kompliziert aufgebauten Vorrichtung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung zum dosierten Zuführen von flüssigen Mehrkompo­ nenten-Kunststoffen an eine Ausgußdüse die Rationalität der Produktion zu steigern, insbesondere dahingehend, daß ein Produktwechsel schnell durchführbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum dosierten Zuführen von flüssigen Mehrkomponenten-Kunststoffen an eine Ausgußdüse mit Komponentenbehältern und Verbindungsleitungen an einen Mischkopf mit steuerbaren Ventilabsperrungen für die Einzelkomponenten, bei der die Komponentenbehälter als auf­ rechte Druckzylinder mit wegnehmbarem Abschlußdeckel ausge­ bildet sind, in denen je ein, über einen gesteuerten Antrieb bewegbarer Verdrängerkolben angeordnet ist wobei die Verdrän­ gerkolben jeweils zur Einstellung sowohl der Menge, wie auch der prozentualen Anteile der Komponenten steuerbar sind.

Durch die Erfindung ist es auch möglich sehr kleine Mengen von z. Bsp. 100 gr-1 kg Kunststoff so zu verarbeiten, daß nur minimale Materialverluste entstehen und der Produktwechsel schnell mit wenig Reinigungsaufwand durchführbar ist.

Es sind verschiedene Lösungsansätze bekannt geworden, die versuchen jede Kontaktnahme der Kunststoff-Komponenten mit mechanischen Pumpen zu vermeiden. Z. Bsp. schlägt die deutsche OS Nr. 21 32 484 vor, für jede Komponente eine mit Hydrauliköl gefüllte Druckkammer vorzusehen. Diese weist einen zu einer Hydraulikölpumpe führenden Anschluß auf. Die Druckkammer nimmt eine Membran, einen Balg oder eine Blase auf, welche ihrerseits an die Ventile für die jeweilige Kunststoff­ komponente angeschlossen ist und der Trennung der flüssigen Kunststoffkomponente von dem Hydrauliköl dient. Das Problem Zahnrandpumpe ist hier zwar ausgeschaltet. Nachteilig ist jedoch ein viel größerer Aufwand für das Wechseln des Balges bzw. der Blase, bevor ein anderes Produkt verarbeitet werden kann. Das Innere des Balges bzw. der Blase kann nahezu nicht gereinigt werden. Eine ähnliche Lösung ist in der US-PS 4 854 482 gezeigt. Das Problem des Produktwechsels ist unpraktisch gelöst. Ein weiteres Konzept ist im Kunststoffberater Nr. 12, 1988 bekannt geworden. Dabei werden die Einzelkomponenten über je eine Kolbendosiereinheit aus einem Komponenten­ vorratsbehälter ausgesaugt und mit dem Druck des Kolbens dem Mischkopf zugeführt. Weder ist hier das Problem des Produktwechsels noch der notwendigen Reinigung für den praktischen Betrieb gelöst. Solche Konzepte können nur dort eingesetzt werden, wo über grosse Zeiträume die gleichen Einzelkomponenten verwendet werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren sind dagegen die Komponenten- Behälter als aufrechte Druckzylinder mit wegnehmbarem Abschlußdeckel ausgebildet und der Druck wird durch je einen von unten nach oben gesteuert bewegbaren Verdrängerkolben gehalten.

Auf überraschende Weise löst das neue Verfahren erstmalig die gestellte Aufgabe. Der Druckzylinder ist gleichzeitig Komponenten-Behälter und Druckraum. Ein Verdrängerkolben dient insbesondere zur Haltung des Druckes und kann durch die Steuerbarkeit je nach Anwendungsfall auch zur exakten Dosierung verwendet werden. Der Verdrängerkolben kann gleichzeitig zur Erzeugung des Druckes eingesetzt werden. Je nach den spezifischen Produkten, die verarbeitet werden, und nach Anforderung an Verguß- resp. Spritzarbeit, kann der Druck auch durch einen zweiten Kleinkolben bzw. Druckkolben erzeugt werden, der exakt koordiniert mit dem Verdrängerkolben gesteuert wird. Der zusätzliche Druckkolben kann irgendwo zwischen dem Druckzylinder und dem Mischraum, z. Bsp. auch direkt an dem Druckzylinder selbst oder auf dem Abschlussdeckel angeordnet sein.

Die Erfindung erlaubt ferner weitere ganz besonders vorteil­ hafte Ausgestaltungen. Die Einzelkomponenten können über ein vorzugsweise in dem Abschlußdeckel angebrachtes Einfüll-Vent­ il in dem Zylinder eingefüllt werden. Ganz besonders vorteil­ haft ist es, wenn in den Druckzylinder ein Wegwerfbeutel ein­ gelegt und die jeweilige Einzelkomponente vor dem Aufsetzen des Abschlußdeckels in den elastischen Beutel geschüttet, oder nach dem Aufsetzen des Abschlußdeckels über das Einfüll­ ventil in den Beutel eingefüllt wird. Je nach dem erforder­ lichen statischen Druck für den Gieß- oder Spritzvorgang und den verwendeten Einzelkomponenten kann ein optimales Verfah­ ren gewählt werden. Werden Einzelkomponenten mit extremen Reaktionsverhalten jedoch in kleinen Mengen von einigen 100 gr oder weniger verwendet, so wird bevorzugt ein Wegwerfbeutel in den Druckzylinder eingelegt. Hier können auch sehr kleine Beutelvolumen von Vorteil sein, so dass der Verdrängerkolben nur wenig Weg machen muß. In kurzen Zeitabständen lassen sich die Einzelkomponenten über das Einfüllventil nachfüllen. Bevorzugt wird dabei die Einzelkomponente durch Erzeugen eines Unterdruckes in dem Zylinder von einem Transportgebinde über einen Schlauch und das Einfüllventil angesaugt.

Besonders wenn hohe Anforderungen an die Reproduzierbarkeit, sei es in Bezug auf dem Druck oder eine bestimmte Dosiermenge, gestellt werden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn den Verdrängerkolben ein elektromechanischer Antrieb zugeordnet wird. Die Steuerung für den Antrieb kann für jeden beliebigen Automationsgrad Speicher- und Rechnermittel aufweisen, z. Bsp. mit Produktion nach Rezepten. Besonders wichtig ist dabei die Kontrolle des Druckes und der Ventilöffnungszeiten.

In der überwiegenden Anzahl werden bei Kleinverguss- bzw. Spritzanlagen nur zwei Einzelkomponenten benötigt. In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung wird deshalb die Anlage mit zwei Komponenten-Behältern ausgerüstet. Den Verdrängerkolben von den zwei Komponenten-Behältern wird ein gemeinsamer Antriebsmotor mit je zwischengeschalteten Reduktionsgetrieben zugeordnet. Der Antriebsmotor weist dabei Mittel zur stufenlosen Drehzahleinstellung auf, wobei ein Reduktionsgetriebe als Variatorgetriebe und der Antriebsmotor vorzugsweise mit doppelter Abtriebswelle ausgebildet ist. Der Abschlußdeckel ist mit einem Schnellverschluß auf dem Druckzylinder befestigbar und ist vorzugsweise wahlweise für die Einlage eines Wegwerfbeutels oder ohne Beutel ausgebildet.

Die Erfindung betrifft ferner eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung zum dosierten Zuführen von Mehrkomponenten-Kunststoffen an eine Ausgußdüse, vorzugsweise für Kleinvergussanlagen, mit Komponentenbehältern und Verbindungsleitungen an einen Mischkopf mit steuerbaren Ventilabsperrungen für die Einzelkomponenten, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkopf einen motorischen Antrieb für die Mischwerkzeuge sowie wenigstens zwei Ventilabsperrungen aufweist, wobei die Ventilstössel als Ventilgruppe zusammengefaßt sind. Diese wei­ sen vorzugsweise eine gemeinsame Treiberplatte auf, durch die die Antriebsachse des motorischen Antriebes geführt ist.

Damit konnte auf einfache Weise mit einem kompakten Mischkopf sowohl der motorische Antrieb als auch die Ventilbetätigung optimal gelöst werden.

Bei einer sehr vorteilhaften Ausführung werden die flüssigen Mehrkomponenten durch den vordersten Abschnitt des Ventilstössels hindurch geführt und die verschließbare Ventilöffnung seitlich an dem Ventilstößel angebracht, derart, daß die vorgeschobene Stellung des Ventilstößels die offene Position, und rückwärtsgeschobene Stellung die gesperrte Position ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß am Ende eines Gießvorganges nicht nur das Nachdrücken plötzlich gestoppt wird, sondern es wird auch jegliches Nachtropfen der Komponenten verhindert. Anstelle der bisherigen zusätzlichen Verdrängerwirkung des Ventilstößels beim Schliessen der Ventile wird nun sogar eine sehr geringe Menge nach rückwärts angesogen. Der Wiederbeginn ist gleichermaßen vorteilhaft. Bei Beginn der Öffnungsbewegung der Ventilstößel wird die entsprechende Menge verdrängt und ausgedrückt. Da die Menge im Wiederholungsfall konstant ist, kann über die Steuerung eine entsprechende Korrektur für die Dosierung leicht berücksichtigt werden.

Gemäss einem weiteren Ausgestaltungsgedanken wird die Mündungsstelle von einem Absperrventil z. Bsp. für die Komponente A gegenüber der bzw. den anderen, näher an der Eintrittsstelle der Antriebsachse des motorischen Antriebes in die Mischkammer bzw. Vormischkammer angeordnet, wobei die nächstgelegene Mündungsstelle vorzugsweise als Ringkanal um die Antriebsachse in die Mischkammer ausgebildet ist und so die Antriebsachse schützt. Die Eintrittstelle der Antriebsache ist eine neuralgische Stelle, an der insbe­ sondere ein Zusammentreffen z. Bsp. von Harz und Härter vermieden werden soll. Dadurch ist es möglich, für alle von flüssigen Kunststoff-Komponenten benetzten Teile des gesamten Mischerinnenraumes, der problemlosen Komponenten den Vortritt zu geben. Im Regelfall wird dies das Harz sein, das gleich­ zeitig die Mischkammer auf eine Art schadenfrei konserviert. In vielen Fällen kann dadurch eine getrennte zusätzliche Spülung entfallen. Zweckmässigerweise wird die Eintrittsge­ schwindigkeit der Komponenten möglichst groß gewählt, z. Bsp. durch Einbau verschiedener Blenden bzw. Einstellung verschie­ dener Blenden oder Ventilquerschnitte, in unmittelbarem Nahbereich bzw. Eintrittsbereich der Mischkammer. Auf diese Weise kann die Mischwirkung unterstützt und die Dosierung der jeweiligen Komponente verbessert werden.

Der Ventilstößel wird vorzugsweise als Nadelventil ausge­ bildet. Besonders bevorzugt wird die Ventilabsperrung kleinquerschnittig ausgebildet und in dem Nahbereich der Mischkammerwandung bzw. an einer Vorkammer zur Mischkammer angeordnet. Für eine langfristig gute Beweglichkeit der Ventilstössel hat es sich bewährt, wenn um die Ventilstößel, zwischen der Treiberseite und der Absperrseite, wenigstens eine Weichmacherkammer angeordnet wird, zur Aufbringung und Aufrechterhaltung eines Weichmacherfilmes auf den Ventil­ stössel. Der teils leimartige Effekt einer Kunststoffmischung bedingt zumindest einen minimalen Krafteingriff auf die Ventilbewegung. Je nach Ausgestaltung wird das Ventil selbst von der jeweiligen Komponente umströmt, was nicht nachteilig ist, wenn weder eine zweite Komponente noch Luft dazu tritt. Der Weichmacherfilm bzw. Oelfilm auf der vom Ventilsitz abgekehrten Seite verhindert das Ansetzen der Komponente oder Luftzutritt an der Stelle und garantiert über einen beliebig langen Zeitraum eine gute Gleitreibung, so dass entsprechende Störungen vollständig eliminierbar sind. Wenn ein Teil der Komponenten hoch explosive Dämpfe abgibt, wird als Antriebs­ mittel Druckluft verwendet. Hierzu eignet sich die neue Lösung ganz besonders. Gemäß einem weiteren Gedanken kann dem Ventilstössel ein in Gegenrichtung wirksamer Entlastungs­ stössel zugeordnet werden zur Aufhebung der Verdrängerwirkung beim Schließen.

Für die Bildung eines automatisch gesteuerten Mehr­ komponenten-Mischkopfes wird vorgeschlagen mehrere Ven­ tilabsperrungen als Ventilgruppe zusammenzufassen, und zwei oder mehrere Komponenten vorzugsweise sternförmig, in einer Ebene, und eine erste Komponente in Durchlaufrichtung davor, dem Mischer zuzuführen.

In der Folge wird die Erfindung nun an Hand einiger Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen;

die Fig. 1 schematisch eine Kleinvergussanlage des Stan­ des der Technik;

die Fig. 2 eine erfindungsgemässe Kleinvergussanlage mit schematisch dargestellten Verbindungs­ schläuchen in Bereitsschaftsstellung für das Vergiessen;

die Fig. 2a die Schlauchverbindungen gesteckt für eine Reinigung

die Fig. 3 eine Kleinvergussanlage ohne Mischkopf entsprechend Fig. 2 in grösserem Massstab;

die Fig. 4 einen Schnitt durch einen Mischkopf für 2 Komponenten in grösserem Massstab;

die Fig. 5 eine Ausschnitt-Vergrösserung eines Einzel­ ventiles;

die Fig. 6 eine Schnitt durch eine andere Ausführungs- form eines Mischkopfes;

die Fig. 7, 7a und 7b eine weitere Ausführungsform eines Mischkopfes und

die Fig. 8, 8a und 8b zeigt ein Beispiel für ein ruckstoßfreies Ventil für einen automati­ schen Mehrkomponenten-Mischkopf.

In der Folge wird nun auf die Fig. 1, die den Stand der Technik darstellt, Bezug genommen. Es zeigt das einfachste Beispiel einer 2-Komponenten-Kleinvergußanlage. Eine erste Komponen­ te A, Harz 1 ist im Harz-Behälter 2, sowie eine zweite Komponente B, Härter 3 im Härter-Behälter 4 bereit. Über nicht dargestellte Antriebs- und Steuermittel wird das Harz 1 über eine Harzpumpe 5, sowie der Härter 3 über eine Härterpumpe 6 in dosierter Menge im richtigen Mischverhältnis einem gemein­ samen Mischer 7 zugefördert. Vor dem Eintritt in eine Mischkammer 12 ist in beiden Zuführleitungen der Harz­ zuführleitungen 8 ein Absperrventil 9 sowie in der Härterzuführleitung 10 ein Absperrventil 11 angeordnet. Der Mischer 7 weist einen dynamischen Mischrotor 13 auf, der von einem Luftmotor 14 mit z. Bsp. 1000-5000 U/Min. angetrieben wird. Die gewünschten Komponenten bzw. das Mischgut 15 werden/ wird über einen Mischkopf 16 einer Ausgußdüse 17 zugeführt. Spülmittel 18 wird aus einem Spülmittelbehälter 19 über eine Spülmittelleitung 20 nach Beendigung des Mischvorganges in die Mischkammer 12 gespritzt. Die bereits vereinigten aber noch nicht ausgehärteten Komponenten werden so aus der Mischkammer ausgetragen was die Mischkammer gereinigt und ein Aushärten darin vermeidet. Mit zusätzlicher Luft wird danach die Mischkammer vollends von allen anderen Medien befreit. Die Reinigung der Komponentenkanäle war bis anhin unpraktisch oder nicht gelöst. Von einem nicht dargestellten Luftdruckerzeuger 21 wird über Luftleitungen 22 an alle Bedarfsstellen Druckluft 23 zugeführt. Mit der Druckluft 23 wird z. Bsp. auch das Spülmittel 18 zu den Reinigungsanschlüssen gefördert. Für eine klare Definition der einzelnen Betriebszustände sind an allen erforderlichen Stellen steuerbare Abschlußventile 24 angeordnet. Bereits aus der schematischen Darstellung gemäss Fig. 1 ist erkennbar, dass sowohl Härterpumpe 6 und Harzpumpe 15 wie auch ein Harzmündungsstück 26 und ein Härtermündungsstück 27 vor dem Eintritt in die Mischkammer sehr schlecht reinigbar sind.

In Analogie zu der Fig. 1 zeigt die Fig. 2 die Erfindung vereinfacht dargestellt. Innerhalb des Förderweges der Kunststoff-Komponenten Harz 1 (A) und Härter 3 (B) befinden sind keine mechanisch bewegten Teile mehr. Für das Harz 1 ist ein Druckzylinder 30 vorgesehen, in dem von der unteren Seite her durch einen Kolben 31 das Harz 1 verdrängt wird. Sinngemäss wird der Härter 3 in einem Druckzylinder 32 durch einen Kolben 33 verdrängt. Die Verdrängungswirkung könnte auf einfache Art und Weise z. Bsp. auch über einen Hydraulikkolben von unten nach oben erfolgen. Erfolgt die Verdrängung in einem Druck­ zylinder 30, 32, so kann besonders vorteilhaft in dem Zylinder ein dichter Beutel eingelegt und die jeweilige Komponente direkt in den dichten Beutel gefüllt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Innenwandungen der Zylinder 30, 32 nicht mit den Komponenten benetzt und auch nach Produktwechsel nicht mehr gereinigt werden müssen. Als Druckmedium für den Hydraulikkolben kann z. Bsp. Hydraulikoel verwendet werden, welches die Förder- und Dosierfunktion übernimmt. Das Hydraulikoel wird je nach Arbeitsphase von einem Oelbehälter dosiert in die betreffenden Zylinder 30, 32 auf die, der Kunststoffmasse abgekehrten Seite der Kolben gepumpt.

In den Fig. 2 und 3 ist anstelle eines hydraulischen, ein elektromechanischer Antrieb für die Verdrängerkolben 31 und 33 dargestellt. Die elektromechanische Ausführung hat den ganz besonderen Vorteil, dass über eine entsprechende Steuerung eine hohe Reproduzierbarkeit erreichbar ist. Beide Verdrängerkolben haben einen gemeinsamen, stufenlos regelbaren Antriebsmotor 34 mit doppelter Antriebswelle. Auf der rechten Bildseite ist direkt ein Reduktionsgetriebe 35 und abtriebsseitig eine Lichtschranke 36 angeordnet. Nach einer Magnetkupplung 37 und anschließendem Spindelgetriebe 38, wird über eine Spindel 39 der Verdrängerkolben 33 betätigt, resp. senkrecht von unten nach oben und umgekehrt bewegt. Alle Steuer- und Regelbefehle werden von einer Steuerung 40 kooriniert. Die Steuerung 40 kann vom einfachsten Aufbau bis zum höchsten Grade, ganze Rezepte mit einer adaptiven Methode steuern. Auf der linken Bildseite ist die Motorwelle direkt an ein Variatorgetriebe 41 angeschlossen, dessen Drehzahl über, einen, von Hand betätigbaren Drehknopf bzw. eine Regelein­ richtung 42 oder durch die entsprechenden Programme in der Steuerung 40 einstellbar ist. Die dargestellte Ausführung eignet sich besonders gut sowohl für die Mengen wie die Prozenteinstellung. Die Grundmenge wird über die ent­ sprechende Einstellung des stufenlos regelbaren Antriebs­ motores 34 gewählt, im gezeigten Beispiel für das Harz 1. Eine Kontrolle für die entsprechende Drehzahl wird, über die Lichtschranke 36 durchgeführt und der Wert in der Steuerung angezeigt. Der prozentuale Anteil für den Härter 3 wird nun durch Wahl der Abgangsdrehzahl des Variatorgetriebes 41 eingestellt und ebenfalls über eine Lichtschranke 36 kontrolliert und in der Steuerung 40 angezeigt. In der Fig. 2 werden die Einzelkomponenten direkt in den Innenraum des Druckzylinders 30 resp. 32 eingebracht. Dies kann über entsprechende Einfüll-Ventile 43 resp. 43' erfolgen. Z. Bsp. durch Bilden eines Vakuums in den Druckzylindern resp. durch Absenken der Verdrängerkolben 31 und 33.

In der Fig. 2 ist ferner ein zusätzlicher Druckkolben 49 dargestellt. Durch den Druckkolben 49 kann einerseits der ganze Antrieb wesentlich kleiner dimensioniert werden, da mit dem Druckkolben 49 in jeder beliebigen Position der Verdrängerkolben 31 und 33, der je erforderliche Druck erzeugbar ist. Der Druckkolben 49 erlaubt ferner ein schrittweises Nachstellen der Verdrängerkolben 31 und 33 gegebenenfalls in drucklosem Zustand. Für viele Beutelmaterialien kann die Kontraktion problemloser durchgeführt werden, wenn kein statischer Druck in dem Beutel vorhanden ist. Dadurch können durch wechselweises Bewegen des Druckkolbens und des Verdrängerkolbens mit entsprechender Steuerung exakte Druckwerte eingestellt und der je optimale Bewegungsablauf gewählt werden. Sowohl der Druck wie die Dosiermenge bzw. Schußmenge sind exakt einstellbar. Zur Erleichterung der Kompaktierung des Beutels kann die Zylinderinnenwandung mit Graphit geschmiert werden. Die Schmierung kann auch über den Kolben wie den Ventilstößeln erfolgen.

Die in der Fig. 2 und 3 gezeigte Ausgestaltung ist auch in­ sofern ganz besonders vorteilhaft, als der gesamte Antrieb mit Motor und Getriebe unten abgestützt ist und beidseits, links und rechts die beiden Zylinder 30, 32 darüber aufgebaut sind. Dies vereinfacht die ganze Stützkonstruktion, da die verti­ kalen Aktions- und Reaktionskräfte des Spindelgetriebes 38 sowie der Zylinder 30, 32 am kleinsten Ort geschlossen werden können. Mit der Benutzung eines Motores mit zwei Abtriebs­ wellen gilt das gleiche auch für horizontale Kräfte der beiden Spindelgetriebe 38. Die ganze Anlage kann auch mit der Ver­ wendung von dem rein mechanischen Übertrieb relativ leicht ge­ baut werden. Die Lösung eignet sich deshalb vortrefflich, als Kleinanlage für die Herstellung von Einzelteilen z. Bsp. Pro­ beteilen oder für den gewerblichen Einsatz. Es kann mit Klein­ mengen garbeitet insbesondere kann mit kleinen oder sehr wenig Reinigungsarbeiten schnell ein Produktwechsel durchgeführt werden. Die neue Lösung kann deshalb eine Lücke füllen von den Eingangs erwähnten Fachgebieten. Für die Automatisierung kann ein beliebiger Grad gewählt werden, durch das Hinzufügen von verschiedenen Optionen bis hin zur lernfähigen Elektronik.

In der Fig. 3 ist die Kleinvergussanlage der Fig. 2 im größeren Maßstab dargestellt. Beide Druckzylinder 30, 32 haben je einen aufsetzbaren Abschlußdeckel 44, welche über mehrere Zugstangen 45 sowie Klemmschrauben 46 luftdicht auf dem jeweiligen Druckzylinder aufsetzbar bzw. davon wegnehmbar sind. Der Abschlußdeckel 44 hat mehrere Funktionen. Einerseits kann durch rasches Aufsetzen und Wegnehmen das Innere des Druckzylinders wenn erforderlich, rasch gereinigt werden. Über einen Komponentenanschluss 47 wird die entsprechende Komponentenleitung 8 resp. 10 an einen Mischkopf 50 unter Druck zugeführt. Wie in der Fig. 3 ersichtlich ist, kann das Innere der Druckzylinder 30, 32 mit einem Beutel 48 ausgekleidet werden. Der Beutel 48 kann mit einem Teil der betreffenden Komponente eingelegt werden. Die Dichtung wird mit und ohne den Beutel gleicherweise durch Festspannen des Abschlußdeckels 44 hergestellt.

In Fig. 2a ist der Spritzkopf bei einem Reinigungszyklus dar­ gestellt. Hierbei werden nicht nur die vereinigten Komponenten ausgetragen sondern das gesamte Ventil incl. Schlauchleitung und Mischkopf gründlich gereinigt, so daß jegliche Reste von Komponenten der vorangehenden Mischkomponente vollständig entfernt sind. Die ganze Anlage kann entweder längere Zeit ausser Betrieb gesetzt werden oder ist sofort für eine neue Mischung benutzbar.

Dazu wurden die Verbindungsleitungen bzw. -schläuche umgesteckt von den jeweiligen Komponentenanschlüssen an die Spülmittelanschlüsse, was besonders erleichtert wird durch Verwendung bzw. Umstecken von Schnellverschluß-Schlauch­ kupplungen sowie einem Kugelhahn.

Ein ganzer Mischkopf 50 ist in der Fig. 4 in größerem Maßstab dargestellt. Der Mischkopf 50 besteht im wesentlichen aus dem Mischer 7, eine Antriebszelle 14 sowie einer Ventilgruppe 51, welche zwei Nadelventile 52 und 53 aufweist. Ventilstössel 54 und 55 sind mit einer gemeinsamen Treiberplatte 56 verbunden. Die Treiberplatte 56 ist als Pneumatikkolben ausgebildet. Mittels eines Umsteuerventiles 59 und über eine Steuerleitung 60 kann entweder Druckluft über den Anschluß 57 zum Öffnen oder über den Anschluß 58 zum Schliessen beider Ventile eingelassen werden. Die Ventilgruppe 51 weist ferner zwischen den Nadelventilen 52/53 und der Treiberplatte 56 einen Weichmachereinbau 61 mit einem Anschluss 62 für Weichmacher auf.

Ein einzelnes Ventil ist in der Fig. 5 in größerem Maßstab dargestellt. Der Anschluß 62 für den Weichmacher ist direkt mit einer Ringleitung 63 verbunden, so dass der Treiberkolben bei jeder Öffnungs- und Schließbewegung der Nadelventile 52/53 um den Ventilweg Vw in der Ringleitung bzw. Weichmacherringkammer 63 bewegt wird. Beidseits der Weichmacherringkammer 63 ist je ein Dichtring 64 resp. 65, 110/111 (Fig. 4) angeordnet, so daß der Weichmacher nicht austreten kann. Bevorzugt wird ein Weichmacher gewählt, der gute Schmierwirkung hat und den stabilen Aufbau eines Oelfilmes gewährleistet (z. Bsp. Mesamoll). Der Überdeckungs­ weg VFS des Ventilstößels 55 innerhalb des Weichmacher­ einbaues 61 ist etwas kürzer als der Verschiebeweg Vw, so daß ein ständiger Schmierfilm auf dem Treiberkolben erhalten bleibt. Damit kann kein Kunststoff Material der Komponenten 1 oder 3 durch ein Passpiel 66 nach rückwärts fliessen. Auf diese Weise aber nicht nur ein Rückfluß der Komponenten verhindert werden, sondern es wird auch eine völlige Trennung zwischen den drei Medien Luft-Weichmacher-Komponenten garantiert. Die Kunststoff-Komponenten können gar nicht mehr mit der Luft in Kontakt treten. Besonders für das Gießen von Teilen mit sehr kleinem Gewicht ist es von Vorteil, wenn der Durchmesser "d" des Nadelventiles möglichst klein ist oder z. Bsp. über auswechselbare Blenden verkleinert werden kann, damit ein optimales Fließverhalten der Komponenten trotzdem gewähr­ leistet bleibt. Der Ventilstößel 54, 55 bewegt sich um den Hubweg Vw (Fig. 5). Öffnet sich das Nadelventil 52/53 so wird gleichzeitig das freie Volumen V in der Kammer 72 des Ventiles entlastet. Der Öffnungsweg ist für viele Fälle nicht kritisch, da über die Mengensteuerung eine Kompensation z. Bsp. durch geeignete Steuerung ohne weiteres möglich ist. Während des Schliessweges des Nadelventiles 52/53 geschieht das Umgekehrte. Der Ventilstößel 54, 55 verdrängt eine entsprechende Menge der Komponente.

Die Fig. 6 zeigt einen dynamisch/statischen Mischkopf mit einem Luftmotor 14 als Antrieb für ein Mischwerkzeug. Durch Losschrauben einer Haltemutter 96 kann das Mischrohr 92 herausgenommen und durch ein neues ersetzt werden. Ein Mischblatt 93 kann mit einem Lappen leicht gereinigt werden und bleibt als Dauerwerkzeug erhalten. Die Ventilgruppe ist ähnlich konzipiert wie etwa in Fig. 3 und 4. Der Hauptunterschied liegt darin, dass durch die ganze Ventilgruppe eine abgedichtete Schutzhülse hindurchgeführt ist, in der eine Antriebsachse 98 drehbar angeordnet ist. Der Antrieb des Mischwerkzeuges 93 erfolgt durch den ganzen Misch­ kopf hindurch. Die Mischgruppe wird dadurch etwas aufwendiger für die Herstellung. Testversuche haben aber gezeigt, dass demgegenüber besonders große Vorteile erhalten werden. Dem Einsatz von reinen statischen Mischern waren Grenzen gesetzt. Z. Bsp. ist eine Durchströmgeschwindigkeit von 0,5 m/sec ein unterer Grenzwert. Wählt man für die Herstellung von besonders kleinen Teilen tiefere Geschwindigkeiten so ist der Mischeffekt nicht mehr sichergestellt.

Die Fig. 7 zeigt einen weiteren besonders vorteilhaften Spritzkopf. Die Öffnung und Schließung erfolgt mittels den bewegbaren Ventilstößeln. Der Strömungsweg geht aber durch den Ventilstößel selbst. Dies hat zwei entscheidende Vortei­ le. Erstens ist der Totraum innerhalb des Ventiles nur mini­ mal. Zweitens erfolgt die Schließung des Ventil-öffnungs- bzw. Schließweges gegenüber den Fig. 4 und 5 gerade in umgekehrter Richtung. Dies hat zur Folge, dass gleichzeitig mit der Schließbewegung eine kleine Rücksaugwirkung für die Einzelkomponenten entsteht und jegliches Nachtropfen aus der Ausgussdüse 17 verhindert wird. Ein weiterer Vorteil gemäss der Lösung von Fig. 7 ist der Anschluß eines Mischkopfes an­ stelle eines Innengewindes über ein Aussengewinde, oder einen entsprechenden Bajonettverschluss welche weniger gefährdet sind, in Bezug auf Ansetzen der Kunststoff-Komponenten.

Wie in der Fig. 6 ist auch gemäss der Fig. 7 die Antriebsachse 80 für den Antrieb des Mischwerkzeuges (93) durch den ganzen Ventilkopf hindurchgeführt. Für die Komponente A ist das letzte Teilstück des Zuführkanales 81, konzentrisch um die Antriebsachse geführt, so daß im besonders gefährdeten letzten Teilstück die Antriebsachse 80 vor der allenfalls aggressiven Komponente 8 geschützt wird. Der Ventilstößel 82 ist in einer geöffneten Position gezeigt. Der Durchströmkanal 83 in dem Ventilstößel 82 angeordnet. Der Eingang liegt direkt über einer Bohrung 84 und gibt den Weg frei für die Komponente B von der Verbindungsleitung 8 zu dem Einlaßkanal 85 und in die Mischkammer. Der Ventilstößel 86 ist in der vollständig zurückgezogenen bzw. geschlossenen Stellung dargestellt. Die Ventilbetätigung der Lösung gemäss Fig. 6 wie Fig. 7 kann identisch ausgeführt sein, wie zu Fig. 4 beschrieben ist. Die Fig. 7, 7a und 7b zeigen noch einen weiteren sehr interessanten Ausgestaltungsgedanken, indem der ganze Ventilkopf aus mehreren quaderförmigen Blöcken aufgebaut und verschraubt ist. Es sind dies ein Antriebsblock 120, ein Ventilbetätigungsblock 121, ein Spülmittelblock 122, ein Komponentenblock 123 sowie ein Mischeranschlußblock 124. Die Blockbauweise erlaubt nicht nur eine wesentlich vereinfachte Herstellung sondern auch eine laufende Weiterentwicklung einzelner Blöcke zum Beispiel im Hinblick auf ganz neue Produkteigenschaften der Komponenten.

Die Fig. 8 sowie 8a und 8b zeigen die Ventilanordnung für einen Mehrkomponenten-Automatikkopf 70. Das Ventil 71 ist als rückstoßfreies Ventil ausgebildet. Dabei ist dem Ventil­ stößel 54, 55 ein in die Gegenrichtung wirksamer und im Verdrängungsvolumen gleicher Entlastungsstößel 73 angekop­ pelt. Durch die entgegengesetzte Wirkung des Entlastungs­ stößels arbeitet das Ventil völlig rückstoßfrei, was besonders für die Herstellung von kleinsten Teilen mit genauen Schussgewichten von größter Bedeutung ist. Die Durchlauf­ richtung durch den Mischer 7 ist gemäß Pfeil 74 von oben nach unten dargestellt. Wie in der Fig. 3 weist der Mischer 7 eine Vorkammer 75 auf. Die Komponente A wird auch hier in den extremsten Bereichen der Vorkammer 75 eingeleitet. Da die Komponente A in der Regel harmlos ist, wird damit eine Spülwirkung in dem entsprechenden Bereich erreicht. Mit einem ersten Füllschuß wird deshalb durch entsprechende zeitliche Verzögerung der Mischkammer verdrängt und das ideale Mischverhältnis (MV) erreicht. Durch den Leerschuß wird das Gemisch (das sich noch im Mischkopf befindliche und vernetzende Material) ausgetragen und durch neues ersetzt. Dadurch wird die Topfzeit verdoppelt und lässt einen neuen Spülzyklus bei kurzen Betriebsunterbrüchen entfallen. Die besondere Ventilanordnung gestattet nun einen Spülschuß nur mit der Komponenente A was einen langen Betriebsunterbruch z. Bsp. 48 h (ohne Reinigungszyklus) gestattet. Durch einen einfachen Leerschuß A und B, wird die sich in der Mischkammer befindliche, in der Regel völlig unbedenkliche Komponente A ausgetragen und die Vergußanlage ist wieder für die Produktion vergußbereit.

• - Für einen Füllschuß wird zuerst A, mit Verzögerung B eindosiert
• - Für einen Leerschuß wird A und B eindosiert. Dies ver­ doppelt die Tropfzeit.
• - Für einen Spülschuß wird nur A verwendet.
• - Beim Reinigungszyklus wird insbesondere die Mischkammer vollständig gereinigt.

Durch Wahl einer geeigneten Grösse des Mischers 7 kann das innere Füllvolumen (Vorkammer-Mischkammer) von z. Bsp. 50 auf 10 Gramm oder noch tiefer bis unter 1 gr gehalten werden. Kleinste Teile verlangen eine Kunststoffmenge von weniger als 1 gr. z. Bsp. von 0,3 gr. wobei das Mischungsverhältnis 1 : 1 bis 100 : 1 betragen kann. Die Beherrschung der Gewichts­ genauigkeit, des Mischeffektes wird besonders auch durch die Ventilstößelbewegung stark beeinflusst, z. Bsp. unterstützt durch den rückstoßfreien Ventilstößel.

Gemäss Fig. 8 wird eine erste Komponente A in Durchlaufrichtung vor den übrigen Komponenten B, C, D usw. eindosiert. Wie aus der Fig. 8b erkennbar ist, werden die Komponenten B, C, D sternförmig angeordnet. Dies gibt besonders für automatische Mischköpfe für das Verspritzen von verschiedenen Mischungen z. Bsp. bei Mischungswechsel für den selben Teil, sehr große Vorteile. Es kann mit nur geringem Zeitverzug eine Mischung A + B, A + C und A + D usw. über eine entsprechende Steuerung hergestellt und gegossen werden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum dosierten Zuführen von flüssigen Mehrkomponenten-Kunststoffen an eine Ausgußdüse mit Komponentenbehältern und Verbindungsleitungen an einen Mischkopf mit steuerbaren Ventilabsperrungen für die Einzelkomponenten, bei der die Komponentenbehälter als aufrechte Druckzylinder mit wegnehmbarem Abschlußdeckel ausgebildet sind, in denen je ein, über einen gesteuerten Antrieb bewegbarer Verdrängerkolben angeordnet ist, wobei die Verdrängerkolben jeweils zur Einstellung sowohl der Menge, wie auch der prozentualen Anteile der Komponenten steuerbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlussdeckel jedes Komponenten-Behälters mit einem Schnellverschluß auf dem Druckzylinder befestigbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Komponenten-Behälter aufweist und den zwei Verdrängerkolben ein elektromechanischer Antrieb mit einem gemeinsamen Antriebsmotor, vorzugsweise mit je zwischen­ geschaltete Reduktionsgetrieben zugeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor Mittel zur stufenlosen Drehzahl­ einstellung aufweist, ein Reduktionsgetriebe als Variator­ getriebe, und der Antriebsmotor vorzugsweise mit doppelter Abtriebswelle ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkopf einen motorischen Antrieb für die Mischwerkzeuge sowie wenigstens zwei Ventilabsperrungen aufweist, wobei die Ventilstößel als Ventilgruppen zusammengefaßt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen Mehrkomponenten durch den vordersten Abschnitt des Ventilstößels hindurch geführt und die verschließbare Ventilöffnung seitlich an dem Ventilstößel angebracht ist, derart, daß die vorgeschobene Stellung des Ventilstößels die offene Position und rückwärtsgeschobene Stellung die gesperrte Position ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsstelle eines Absperrventiles gegenüber der bzw. den anderen näher an der Entrittsstelle der Antriebsachse motorischen Antriebes in die Mischkammer bzw. Vormischkammer liegt, wobei die nächstgelegene Mündungs­ stelle vorzugsweise als Ringkanal um die Antriebsachse in die Mischkammer mündet, wobei wenigstens zwei Absperr­ ventile vorzugsweise eine gemeinsame Treiberplatte aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilabsperrung kleinquerschnittig, vorzugsweise als Nadelventil ausgebildet und in dem Bereich der Mischkammerwandung bzw. an einer Vorkammer zur Mischkammer angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bildung eines automatisch gesteuerten Misch­ kopfes mehrere Ventilabsperrungen als Ventilgruppe zusammengefasst sind, und zwei oder mehr Komponenten vorzugsweise sternförmig in einer Ebene, und eine erste Komponente in Durchlaufrichtung davor, dem Mischer zugeführt werden.