EP0749530B1

EP0749530B1 - Dosieraufsatz

Info

Publication number: EP0749530B1
Application number: EP95908865A
Authority: EP
Inventors: Werner Fritz Dubach
Original assignee: Createchnic AG; Sika AG
Current assignee: Medisize Schweiz AG; Sika AG
Priority date: 1994-03-07
Filing date: 1995-02-24
Publication date: 1997-12-03
Anticipated expiration: 2015-02-24
Also published as: MY130091A; ES2110316T3; DE59501076D1; AU1704295A; CA2183884A1; ZA951774B; TW310364B; AU681762B2; JPH09509995A; WO1995024556A1; CA2183884C; JP3516685B2; EP0749530A1; US5558116A

Abstract

Aus einer mittels einer Presse (P) entleerbaren Kartusche (C) wird eine erste Komponente eines fliessfähigen Materials ausgepresst. Die Hauptkomponente strömt durch die Zuleitung (8) zur Austragsleitung (11) und treibt dabei zwei Rotoren (31), die in der Dosierkammer (9) im Gehäuse (1) lagern. Auf den Wellen (30) der Rotoren (31) lagern Zahnräder (34), die ineinandergreifen und so eine Zahnradpumpe (24) bilden. Die Zahnradpumpe (24) fördert eine Beimischkomponente von einem integrierten Behältnis (18) über eine Förderleitung in die Austragsleitung (11). Mit dem erfindungsgemässen Dosieraufsatz lassen sich mindestens zwei Komponenten in einem äusserst exakten Verhältnis dosiert zusammenmischen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dosieraufsatz zum dosierten Zusammenfügen von zwei fliessfähigen Komponenten, der mittel- oder unmittelbar auf einen aktiv leerbaren Behälter der Hauptkomponente aufsetzbar ist und der eine Ansaug- oder Zuleitung und eine Austragsleitung aufweist.
Im Gewerbe sowie in der Industrie stellt sich immer wieder die Aufgabe, zwei fliessfähige Komponenten in einem bestimmten Verhältnis zu dosieren und zusammenzufügen. Industriell lässt sich dies am einfachsten realisieren, indem beide Komponenten unabhängig voneinander volumetrisch gefördert und zusammengetragen werden und erst am Ort des Zusammenfügens vermischt werden. Dies ist aufwendig, verlangt dies doch zwei unabhängig voneinander wirkende Fördervorrichtungen, die mittels spezieller Steuerung aufeinander abgestimmt werden müssen, um das entsprechende Mischverhältnis zu erhalten. In der gewerblichen Anwendung oder bei Anwendungen, die eine hohe Mobilität verlangen, sind solche Mischsysteme äusserst ungeeignet. Entsprechend hat man sich beholfen, indem man die beiden zu mischenden Komponenten erst in einem speziellen Behälter im gewünschten Verhältnis zusammengefügt hat, danach vermischt und die Mischung wiederum in eine spezielle Austragsvorrichtung eingefüllt hat. Dies ist vom Handling her aufwendig und unangenehm, führt zu erheblichen Verschmutzungen und zu unvermeidlichen Verlusten an Material.
Bei Mischungen von zwei fliessfähigen Komponenten, die etwa im gleichen Verhältnis dosiert und zusammengefügt werden sollen, hat man beide Komponenten in Kartuschen angeliefert, und beide Kartuschen in einer einzigen Auspressvorrichtung gleichzeitig ausgedrückt.
Bei der vorliegenden Erfindung will man von den bekannten, auf dem Markt erhältlichen Kartuschen Gebrauch machen und die hierzu ebenfalls marktgängigen Ausdruckpressen verwenden. Entsprechend geht man folglich davon aus, dass die mengenmässige Hauptkomponente in einem aktiv leerbaren Behälter vorhanden ist.
Ein besonders gravierendes Problem besteht dann, wenn die zu mischenden Medien äusserst zähflüssig sind. Aus diesen Voraussetzungen ergeben sich die Bedingungen, dass der Dosieraufsatz strömungstechnisch so gestaltet sein muss, dass möglichst geringe Strömungswiderstände auftreten und der Dosieraufsatz mit möglichst wenig Teilen aus Kunststoff fertigbar sein muss.
Die generelle Idee, zum Mischen zweier Medien zwei Pumpen zu verwenden, die beide je eine volumetrische Förderung der zu mischenden Medien bewirken und die mechanisch gekoppelt sind, wodurch ein vorbestimmtes Mischverhältnis gegeben ist, ist bereits aus der FR-A-2313971 bekannt. Hierbei liegen beide Medien unter Druck an. Die volumetrisch dosierten Komponenten werden über entsprechende Leitungen in eine gesonderte Hochdruck-Mischkammer geführt, ausserhalb der Pumpe gefördert und dort mit einem gesondert getriebenen Mischer vermischt.
Eine solche Anordnung ist als Aufsatz auf einer ausdrückbaren Kartusche nicht realisierbar und zu aufwending.
Demgegenüber zeigt die EP-A-022'179 einen Dosierer mit zwei in einem Gehäuse untergebrachten Pumpen. Das Hauptmedium treibt einen turbinenartigen Hydraulikmotor, der auf eine Kolbenpumpe wirkt, die der Hauptkomponente eine Beimischkomponente zuführt. Das System ist für dünnflüssige Medien geeignet, wobei jedoch der hydraulische Motor nur eine ungenaue volumetrische Dosierung erlaubt.
Hingegen arbeitet die Mischvorrichtung gemäss der US-A-3'054'417 genau. Hier wird mit drei Pumpen gearbeitet. Die Hauptkomponente liegt mit Druck an und treibt eine volumetrisch arbeitende Pumpe, die über ein Getriebe zwei Pumpen für die Beimischkomponente treibt. Hierbei dient die erste Pumpe zum Druckaufbau und hat einen Bypass zur Rückführung, wobei im Bypass ein Druckbegrenzungsventil angeordnet ist. Die zweite Pumpe arbeitet als reine Dosierpumpe. Gegebenenfalls kann die Druckaufbaupumpe mit einem separaten Antriebsmotor versehen sein. Die Beimischung erfolgt erst in der Austrittsleitung. Eine Mischkammer ist nicht vorhanden. Hingegen ist hier der Strom der Hauptkomponente geradlinig geführt, um eine möglichst hohe Förderleistung zu erreichen. Die Vorrichtung is komplex und nicht mit vernünftigem Aufwand aus Kunststoff zu fertigen.
Eine Dosiervorrichtung mit einfachem Aufbau zeigt jedoch die US-A-5'012'837. Die Hauptkomponente liegt mit Druck auf einer als hydraulischer Motor betriebenen, zweiflügeligen Dosierpumpe an. Diese treibt die Welle einer parallel angeordneten Zahnradpumpe für die Beimischkomponente. Die Beimischung ist sehr genau und erlaubt auch geringe Beimischverhältnisse von 1:100. Die Vorrichtung umfasst jedoch keine Mischungseinheit. Beide Komponenten werden getrennt zugeführt und getrennt weitergefördert. Es existiert somit keine Mischkammer. Beide Komponenten werden auf derselben Gehäuseseite ein- und ausgeführt, was bei zähflüssigen Komponenten zu enormen Fliesswiderständen führt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfidnung einen möglichst einfachen Dosieraufsatz zu schaffen, mittels dem zähflüssige Komponenten exakt dosiert und vermischt werden können.
Diese Aufgabe löst ein Dosieraufsatz gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1 mit den hier aufgezeigten kennzeichnenden Merkmalen.
Die geradlinige Anordnung vermeidet Strömungswiderstände und die direkte Anordnung der Mischkammer in einem Bereich, in dem die knetende Wirkung der Dosierpumpe noch vorhanden ist, führt zu einer genügenden Durchmischung auch bei zähflüssigen Komponenten.
Wenn die Beimischkomponente in sehr geringen Mengen erforderlich ist, so kann oder können Behälter für die Beimischkomponente auch im Dosieraufsatz integriert werden.
Werden grössere Mengen der Beimischkomponente benötigt, lässt sich diese gemäss Anspruch 3 in ankoppelbaren Behältern unterbringen.
Damit die Behälter der Beimischkomponente sauber entleert werden, bringt man gemäss Anspruch 4 in diesen vorteilhaft fliegende Kolben an.
Dies könnte jedoch zu einem Unterdruck in den Behältern der Beimischkomponenten führen, weshalb Anspruch 5 das Anbringen einer Druckausgleichsleitung vorschlägt. Ist die Beimischkomponente relativ dünnflüssig, so kann gemäss Anspruch 6 die Druckausgleichsleitung mit der Aussenatmosphäre kommunizieren. Ist jedoch die Beimischkomponente zähflüssig, so ist es, wie Anspruch 7 vorschlägt, vorteilhaft, den anliegenden Druck der Hauptkomponente über die Druckausgleichsleitung unter den fliegenden Kolben anzulegen.
Weitere konstruktiv vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den weiteren abhängigen Ansprüchen hervor und deren Bedeutung und Wirkung ist in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist in der anliegenden Zeichnung dargestellt und an Hand der nachfolgenden Beschreibung im Aufbau und in der Funktion erklärt. Es zeigt:

Figur 1 -: einen Vertikalschnitt durch den Dosieraufsatz in einer Ebene parallel zu den Achsen der Dosierrotoren und
Figur 2 -: einen Vertikalschnitt durch denselben Dosieraufsatz senkrecht zu den Achsen der Dosierrotoren.
Figur 3 -: zeigt einen Schnitt entsprechend der Figur 1 durch einen Dosieraufsatz mit geringfügig geändertem Aussehen, jedoch identischem Aufbau und
Figur 4 -: einen vertikalen Teilschnitt durch die Vorrichtung gemäss Figur 3 im Bereich der Dosierrotoren.

Während in den Figuren 1 und 2 insbesondere die Strömungswege der beiden zu mischenden und zu dosierenden Komponenten dargestellt sind, sind in den Figuren 3 und 4 die Mittel zur Förderung und Dosierung der beiden Komponenten detaillierter dargestellt.
Die Kartusche, die die mengenmässige Hauptkomponente beinhaltet, ist lediglich in der Figur 3 im Ansatz erkennbar. Die Kartusche ist mit C bezeichnet. Sie ist selber wiederum in einer Presse gehalten, die lediglich in den Figuren 1 und 3 ansatzweise angedeutet ist. Diese Presse P dient der aktiven Leerung der Kartusche C. Die hier dargestellten Ausführungsformen des Dosieraufsatzes sind vollständig aus Kunststoff gefertigt. Je nach der spritztechnischen Fertigungsvariante ist hierbei das Dosieraufsatzgehäuse 1 vertikal cder horizontal in zwei Gehäuseteile getrennt, wie in Figur 3 dargestellt oder wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, in drei horizontal geschnittene Gehäuseteile unterteilt. Funktionell hat dies jedoch keinerlei Bedeutung.
Die Kartusche C enthält die Hauptkomponente, die meist zähflüssig ist. Der Dosieraufsatz ist insbesondere für Zweikomponentenklebstoffe gedacht.
An Hand der Figuren 1 und 2 wird vorerst der generelle Aufbau des erfindungsgemässen Dosieraufsatzes beschrieben und danach die Funktion erläutert. Das Dosieraufsatzgehäuse 1 besteht hier, wie bereits weiter oben erwähnt, aus drei gesondert gefertigten Kunststoffteilen. Zuunterst ist die Basisplatte 2 erkennbar, über die die Verbindung mit der hier nicht dargestellten Kartusche hergestellt wird. Entsprechend weist die Basisplatte 2 eine zentrische Oeffnung 6 auf, die zur Verbindung mit der Kartusche beispielsweise ein Innengewinde 7 haben kann.
Ueber der Basisplatte 2 befindet sich der zylindrische Mittelteil 3, in welchem sich zentrisch und fluchtend über der Oeffnung 6 die Zuleitung 8 für die von der Kartusche kommende Hauptkomponente befindet. Die Zuleitung 8 mündet in einer Dosierkammer 9, deren untere Hälfte im Mittelteil 3 und deren obere Hälfte in der darüber angeordneten Kopfplatte 4 geformt ist. Ueber der Dosierkammer 9 ist eine Mischkammer 10 geformt, in dem die zweite Komponente in die erste, die Hauptkomponente, eingetragen wird. Die Mischkammer 10 geht direkt über oder bildet bereits einen Teil der in Strömungsrichtung der Dosierkammer folgenden Austragleitung 11.
Die Mischkammer 10 steht in offener Verbindung mit der Dosierkammer 9. In diesem Bereich findet immer noch eine gewisse Knetbewegung durch die Dosierrotoren statt, wodurch eine genügende Durchmischung auch bei zähflüssigen Komponenten gesichert ist.
Die stutzenförmige Austragsleitung 11 ist beispielsweise mit einem Aussengewinde 12 versehen, welches einerseits zur Befestigung einer Verlängerung der Austragsleitung oder andererseits zum Anbringen eines Schraubdeckels 13 dienen kann. Der in Figur 1 dargestellte Schraubdeckel weist zusätzlich einen zentrischen Dichtstift 14 auf, der bis auf eine Förderleitung im Bereich der Mischkammer 10 hinunterreichen kann.
Der von der Presse P in der Kartusche C erzeugte Druck drückt somit die mengenmässige Hauptkomponente aus der Kartusche C durch die Oeffnung 6 in der Basisplatte 2, der Ansaug- oder Zuleitung 8 in die Dosierkammer 9 des zylindrischen Mittelteiles 3 und danach via die Mischkammer 10 in die Austragsleitung 11 der Kopfplatte 4. Die Strömung der mengenmässigen Hauptkomponente treibt dabei die beiden ineinandergreifenden Dosierrotoren in der Dosierkammer 9 an. Hierauf wird jedoch später unter Verweis auf die Figuren 3 und 4 näher eingegangen.
Aus dem Vertikalschnitt in der Figur 1 ist auch der Strömungsverlauf der zweiten Komponente, der mengenmässigen Neben- oder Beimischkomponente erkennbar. In der Kopfplatte 4 ist eine Zufuhröffnung 15 vertikal verlaufend angeordnet. Diese Zufuhröffnung 15 mündet in einen Stutzen 16 im zylindrischen Mittelteil 3. Der Dosieraufsatz kann vor der erstmaligen Benutzung somit über die Zufuhröffnung 15 und den Stutzen 16 mit der zweiten, mengenmässig geringeren Beimischkomponente gefüllt werden, falls im Dosieraufsatzgehäuse intern ein zweiter Behälter 18 für die zweite Komponente vorgesehen ist. Ist der interne Behälter 18 gefüllt, lässt er sich beispielsweise mittels einem Schraubzapfen 17 im Stutzen 16 verschliessen. Es ist jedoch auch möglich, den Behälter für die zweite Komponente extern anzuordnen, wie dies strichliniert in der Figur 1 dargestellt ist, wobei dann selbstverständlich der Schraubzapfen 17 wegfällt. Der interne Behälter 18 entfällt dann ebenso oder reduziert sich zu einem kleineren Ausgleichbehältnis. Auch dieses Ausgleichsbehältnis 21 ist als Variante lediglich strichliniert in der Figur 1 eingetragen.
Unabhängig davon, ob mit einem externen Behälter 20 oder einem im Dosieraufsatzgehäuse 1 integrierten Behälter 18 für die zweite Komponente gearbeitet wird, steht der Behälter 18 oder 20 mittel- oder unmittelbar kommunizierend mit dem ansaugseitigen Ende 22 einer Förderleitung 23 in Verbindung. Die Förderleitung 23 führt vom ansaugseitigen Ende 22 über eine Zahnradpumpe 24 zum austragsseitigen Ende 25 im Bereich der Mischkammer 10.
Aus den Figuren 3 und 4 sind die Mittel zur Förderung und Dosierung der beiden Komponenten deutlich ersichtbar. Die Dosierkammer 9 ist von zwei Wellen 30 durchsetzt, wobei die eine Welle einstückig mit einem Dosierrotor 31 gestaltet ist, während der zweite Dosierrotor 31 mittels einer Madenschraube 32 auf die zweite Rotorwelle winkelarretiert aufklemmbar ist. Die Dosierrotoren 31 sind hier als bevorzugte Ausführungsform als zweiflügelige Rotoren dargestellt. Diese Ausführungsform wird insbesondere für dickflüssige Komponenten bevorzugt. Ist jedoch die mengenmässige Hauptkomponente eher dünnflüssig, so wird man eher zu mehrflügeligen Dosierrotoren greifen.
Eine der Rotorachsen 30 mündet in einen Abtriebzapfen 33, der beispielsweise einen viereckigen Querschnitt hat, auf dem eines der beiden Zahnräder 34 drehfest sitzt, während ein zweites, mit diesem Zahrad 34 kämmendes, Zahnrad 34' hier mitkämmt und so eine Zahnradpumpe bildet. Die aus den beiden Zahnrädern 34 und 34' gebildete Zahnradpumpe 24 fördert somit exakt entsprechend der Menge, welche durch die Dosierkammer 9 mittels den Dosierrotoren 31 gefördert wird. Das Mischverhältnis der beiden Komponenten ist folglich nur noch von den geometrischen Verhältnissen der Dosiermittel 9 und 31 beziehungsweise der Zahnradpumpe 24 abhängig.
Insbesondere bei jenen Varianten, bei denen der Behälter 18 für die zweite Komponente im Gehäuse des Dosieraufsatzes 1 angeordnet ist, besteht die Gefahr, dass die Zahnradpumpe mit der Zeit im Behälter 18 einen Unterdruck erzeugt und die zweite Komponente mit den Zahnrädern der Zahnradpumpe nicht mehr in Berührung kommt. Um dies zu vermeiden, ist ein fliegender Kolben 35 vorgesehen. Mit dem Unterdruck im Behälter 18 folgt der fliegende Kolben 35 automatisch und reduziert somit das Restvolumen des Behälters 18 der zweiten Komponente. Damit der Kolben 35 jedoch überhaupt steigt, muss erst ein Druckgefälle zwischen Kolbenunterseite und Kolbenoberseite entstehen können. Hierzu sieht die Erfindung eine Druckausgleichsleitung vor. In der Figur 3 ist strichliniert eine einfache Lösung eingezeichnet, in der Form einer Druckausgleichsleitung 36, die direkt mit der Aussenatmosphäre kommuniziert. Bevorzugt wird jedoch eine Lösung, bei der die Druckausgleichsleitung 37 zwischen der Ansaug- oder Zuleitung 8 und dem Behälter 18 kommuniziert. Der in der Ansaug- oder Zuleitung 8 herrschende Druck der Hauptkomponente kann sich somit über die Druckausgleichsleitung 37 in dem Bereich unterhalb dem fliegenden Kolben 35 im zweiten Behälter 18 fortsetzen. Hiermit ist Gewähr geboten, dass die Zahnradpumpe 24 immer mit der zweiten Beimischkomponente in Verbindung steht.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, dass der anliegende Druck der mengenmässigen Hauptkomponente zum Antrieb der Dosierrotoren genutzt wird, wobei diese gleichzeitig eine Zahnradpumpe zur Förderung der zweiten Komponente treiben.
Das austragsseitige Ende 25 der Förderleitung 23 kann verschieden gestaltet sein. Hier wird es vorzugsweise als ein die Austragsleitung 11 durchsetzendes Röhrchen gestaltet, in dem auf der der Strömung abgelegenen Seite mindestens eine Austragsöffnung 26 angebracht ist.
Obwohl in den Beispielen nur ein Zusammenfügen von zwei Komponenten dargestellt und beschrieben ist, könnten selbstverständlich auf den Wellen der Dosierrotoren auch weitere Zahnräder gelagert sein, die eine zweite oder weitere Zahnradpumpen bilden. In der einfachsten Form kann der gesamte Dosieraufsatz symmetrisch gestaltet sein und somit auf beiden Seiten eine Zahnradpumpe aufweisen.
Die zu dosierenden Komponenten können in einem beliebigen Volumenverhältnis stehen. Folglich sind die Bezeichnungen Hauptkomponente und Neben- oder Beimischkomponente lediglich deklaratorisch zu verstehen.
In gleicher Weise wie mehrere Zahnradpumpen im Dosieraufsatz angeordnet sein können, ist es selbstverständlich auch möglich, zwei Behälter im Dosieraufsatz symmetrisch anzuordnen oder mehrere von aussen ankoppelbar zu gestalten.

Claims

Aus Kunststoff gefertigter Dosieraufsatz zum dosierten Zusammenfügen von mindestens zwei fliessfähigen Komponenten, der eine Zuleitung (8) und eine Austragsleitung (11) aufweist, wobei im Dosieraufsatzgehäuse (1) zwei ineinandergreifende Dosierrotoren (31) angeordnet sind, die durch die unter Druck anliegende Hauptkomponente betätigbar sind, und die beiden Dosierrotoren (31) eine Zahnradpumpe (24) für die Beimischkomponente treiben, die von mindestens einem weiteren Behälter (18,20) über eine Förderleitung (23) in die Hauptkomponente geleitet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (8) und die Austragsleitung (11) im Dosieraufsatzgehäuse (1) mindestens annähernd fluchtend übereinander liegen und zwischen den Dosierrotoren (31) und der Austragsleitung (11) eine Mischkammer (10) angeordnet ist, in der die Beimischkomponente über die in diese hineinragende Förderleitung (23) in die Hauptkomponente eintragbar ist, wobei die Mischkammer (10) in offener Verbindung mit der Dosierkammer (9), in der die Rotoren drehen, steht, wodurch die Dosierrotoren eine Durchmischung in der Mischkammer unterstützen.
Dosieraufsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine weitere Behälter (18) für die Beimischkomponente im Dosieraufsatzgehäuse (1) selber integriert angeordnet ist.
Dosieraufsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Behälter (20) für die Beimischkomponente am Dosieraufsatzgehäuse (1) ankoppelbar ist.
Dosieraufsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im integrierten Behälter (18) ein fliegender Kolben (35) gelagert ist.
Dosieraufsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Bereich des mindestens einen integrierten Behälters (18) eine Druckausgleichsleitung (36,37) mündet.
Dosieraufsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsleitung (36) mit der Aussenatmosphäre kommuniziert.
Dosieraufsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsleitung (37) mit der Zuleitung (8) für die Hauptkomponente kommuniziert.
Dosieraufsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer der Rotorwellen der beiden Dosierrotoren (31) mindestens ein Zahnrad (34) der Zahnradpumpe (24) drehfest angeordnet ist, welches mit einem zweiten Zahnrad der Zahnradpumpe kämmt.
Dosieraufsatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zahnrad (34') der Zahnradpumpe (24) frei drehbar auf der Rotorwelle des zweiten Dosierrotors (31) lagert.
Dosieraufsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Dosierrotoren (31) zweiflügelig gestaltet sind.
Dosieraufsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleitung (23) für die Beimischkomponenten aus einem die Mischkammer (10) durchsetzenden Röhrchen geformt ist, welches auf der der Strömung abgelegenen Seite mindestens eine Austragsöffnung (26) aufweist.
Dosieraufsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine im Dosieraufsatz integrierte Behälter mit einer integrierten Zufuhröffnung (15) versehen ist, die mittels einem Schraubzapfen (17) verschliessbar ist.
Dosieraufsatz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragsleitung (11) mit einem Schraubdeckel (13) mit Dichtstift (14) verschliessbar ist, der so lang ist, dass er im Schliesszustand auf der mindestens einen Austragsöffnung in der Förderleitung (23) dichtend aufliegt.