EP3535104A1

EP3535104A1 - Dosierbaustein

Info

Publication number: EP3535104A1
Application number: EP17787390.8A
Authority: EP
Inventors: Markus Agerer
Original assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Current assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2019-09-11
Also published as: US20190240866A1; WO2018082927A1; CN109863008A; DE102016120872A1; KR20190073452A

Abstract

Dosierbaustein (10) zum Zudosieren einer Hilfsflüssigkeit in einen Strom einer Hauptflüssigkeit, umfassend: ein Gehäuse (12) mit einem Einlassanschluss (14) und einem Auslassanschluss (18) und einem dazwischen ausgebildeten Strömungskanal (16) für die Hauptflüssigkeit, einen an dem Gehäuse (12) vorgesehenen Hilfsanschluss (22) zum Zuführen der Hilfsflüssigkeit in den Strömungskanal, eine in einem Mischabschnitt (16B) des Strömungskanals vorgesehene Mischvorrichtung (20) zum Mischen der Hauptflüssigkeit und der Hilfsflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierbaustein ferner umfasst: einen Umgehungsabschnitt (16C) zum Leiten des Stroms von Hauptflüssigkeit zum Auslassanschluss unter Umgehung der Mischvorrichtung, und ein Wegeventil (24, 25; 42; 44, 48; 52), das dazu ausgelegt ist, den Auslassanschluss in einer Dosierstellung mit dem Mischabschnitt und in einer Umgehungsstellung mit dem Umgehungsabschnitt zu verbinden.

Description

Dosierbaustein

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dosierbaustein zum Zudosieren einer Hilfsflüssigkeit in einen Strom einer Hauptflüssigkeit, umfassend:

- ein Gehäuse mit einem Einlassanschluss und einem Auslassanschluss und einem dazwischen ausgebildeten Strömungskanal für die Hauptflüssigkeit;

- einen an dem Gehäuse vorgesehenen Hilfsanschluss zum Zuführen der Hilfsflüssigkeit in den Strömungskanal; und

- eine in einem Mischabschnitt des Strömungskanals vorgesehene Mischvorrichtung zum Mischen der Hauptflüssigkeit und der Hilfsflüssigkeit.

Derartige Dosierbausteine werden z. B. bei Nasspressverfahren oder bei Harzinjektionsverfahren (RTM - resin transfer moulding) eingesetzt, um dem Harz als Hauptflüssigkeit ein Trennmittel als Hilfsflüssigkeit zuzudosieren. Bei derartigen RTM- Verfahren oder HD-RTM-Verfahren (Hochdruck-RTM) handelt es sich um Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen. Fasermatten mit z. B. Carbon- oder Glasfasern werden hierzu in ein Werkzeug eingelegt und anschließend in einer Presse unter Druck mit einem flüssigen Gemisch aus Harz und einem Härter getränkt und ausgehärtet. Man erhält hierdurch extrem leichte Strukturbauteile, die höchsten Anforderungen genügen, bspw. im Fahrzeugbau, in der Luft- und Raumfahrtindustrie oder im Maschinenbau.

Als Hauptflüssigkeit wird z. B. ein Epoxidharz eingesetzt, das aus einem Harztank kommend dem Dosierbaustein über den Einlassanschluss zugeführt wird. Um das Bauteil am Ende des Herstellungsverfahrens leicht und vollständig aus dem Werkzeug entnehmen zu können, wird dem Harz im Dosierbaustein ein geeignetes Trennmittel über einen Hilfsanschluss zudosiert. Das Harz als Hauptflüssigkeit und das Trennmittel als Hilfsflüssigkeit werden dann in einer Mischvorrichtung miteinander vermischt. Durch den Auslassanschluss verlässt das Gemisch den Dosierbaustein und tritt in einen Mischkopf ein, wo die weitere Vermischung mit dem Härter erfolgt.

Zwischen zwei sogenannten Schüssen, d.h. Injektionen der Mischung aus Harz und Härter in das Werkzeug, sehen moderne Nasspress- oder RTM-Anlagen eine Rezirkulation des Harzes vor, um den Druck im Harzkreislauf im Wesentlichen auf einem konstanten hohen Niveau zu halten. Hierbei tritt allerdings das Problem auf, dass der Harztank während der Rezirkulation mit Trennmittel kontaminiert wird, welches noch vom vorangegangenen Schuss in der Mischvorrichtung haftet. Will man eine derartige Kontamination des Harztanks vermeiden, so muss die Mischvorrichtung vor dem Ende eines Schusses mit reinem Harz gespült werden, z. B. indem man den Hilfsanschluss mit einer Nadeldüse oder anderen Verschlussvorrichtung verschließt. Dies hat jedoch zur Folge, dass im ausgetragenen Gemisch am Ende eines Schusses ebenso wie zu Beginn des nachfolgenden Schusses Trennmittel nicht oder zumindest nicht in ausreichender Menge vorhanden ist. Es besteht somit die Gefahr, dass das hergestellte Bauteil nicht sauber aus dem Werkzeug entformt werden kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Dosierbaustein vorzuschlagen, bei dem eine Kontamination eines Hauptflüssigkeitstanks mit Hilfsflüssigkeit auch bei Rezirkulation der Hauptflüssigkeit vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Dosierbaustein dadurch gelöst, dass der Dosierbaustein ferner umfasst:

- einen Umgehungsabschnitt zum Leiten des Stroms von Hauptflüssigkeit zum Auslassanschluss unter Umgehung der Mischvorrichtung; und

- ein Wegeventil, das dazu ausgelegt ist, den Auslassanschluss in einer Dosierstellung mit dem Mischabschnitt und in einer Umgehungsstellung mit dem Umgehungsabschnitt zu verbinden.

Unmittelbar vor einem Schuss wird das Wegeventil in seine Dosierstellung gebracht. Das Gemisch aus Hauptflüssigkeit, z. B. Harz, und Hilfsflüssigkeit, z. B. Trennmittel, kann dann durch die Mischvorrichtung und das Wegeventil zum Auslassanschluss strömen.

Mit dem Ende eines Schusses hingegen wird das Wegeventil in seine Umgehungsstellung gebracht. Die Hauptflüssigkeit, z. B. Harz, kann dann unter Umgehung der Mischvorrichtung zum Auslassanschluss strömen. Ein Kontakt des Harzes mit verbliebenem Trennmittel in der Mischvorrichtung wird somit vermieden, und man kann das Harz zum Harztank rezirkulieren lassen, ohne dessen schleichende Kontamination mit Trennmittel befürchten zu müssen.

Bei diesem erfindungsgemäßen Dosierbaustein kann der Umgehungsabschnitt in dem Gehäuse ausgebildet oder an der Außenseite des Gehäuses vorgesehen sein, insbesondere als Rohrleitung.

Aus Platzgründen kann die Mischvorrichtung im Fall einer Nasspress- oder RTM-Anlage zweckmäßigerweise ein Statikmischer sein. In einer besonders platzsparenden bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierbausteins ist vorgesehen, dass das Wegeventil einen Ventilstößel umfasst, in dem die Mischvorrichtung angeordnet ist, wobei der Ventilstößel in dem Gehäuse zwischen einer Dosierstellung, in der der Strom von Hauptflüssigkeit und die Hilfsflüssigkeit durch den Ventilstößel hindurch verlaufen, und einer Umgehungsstellung, in der der Ventilstößel den Strom von Hauptflüssigkeit in den Umgehungsabschnitt leitet und den Hilfsanschluss vom Strömungskanal trennt, verlagerbar ist.

Hierbei ist eine Ausgestaltung möglich, bei der der Ventilstößel in der Umgehungsstellung den Hilfsanschluss schließt. Eine separate Verschlussvorrichtung für den Hilfsanschluss ist dann nicht erforderlich,

Das gleiche Ziel lässt sich alternativ auch dadurch erreichen, dass der Ventilstößel mit einer Rezirkulationsnut versehen ist, die in der Umgehungsstellung den Hilfsanschluss mit einem im Gehäuse vorgesehenen Hilfsflüssigkeit-Rücklaufkanal verbindet. In diesem Fall wird der Hilfsanschluss nicht verschlossen, sondern bleibt auch in der Umgehungsstellung des Ventilstößels geöffnet, allerdings strömt die Hilfsflüssigkeit nicht in den Strömungskanal, sondern durch die Rezirkulationsnut zurück zu einem Hilfsflüssigkeitstank.

Der Ventilstößel kann durch eine hydraulisch und/oder pneumatisch und/oder elektrisch angetriebene Schiebe- und/oder Drehbewegung zwischen der Dosierstellung und der Umgehungsstellung verlagerbar sein.

In einer speziellen Ausführungsform ist hierbei vorgesehen, dass der Ventilstößel zur hydraulischen Verlagerung unter Verwendung der Hauptflüssigkeit als Hydraulikflüssigkeit ausgelegt ist. Es entfällt somit weitgehend die Notwendigkeit, gesonderte Leitungen und/oder Behälter für einen pneumatischen und/oder elektrischen Antrieb oder für einen hydraulischen Antrieb mit einer gesonderten Hydraulikflüssigkeit bereitzustellen.

In einer Weiterentwicklung kann diese spezielle Ausführungsform ferner eine Rückstellfeder umfassen, die den Ventilstößel in Richtung der Umgehungsstellung beaufschlagt. Hierdurch wird ein besonders schnelles und sicheres Umschalten des Wegeventils in seine Umgehungsstellung ermöglicht.

In einer Weiterentwicklung kann der Dosierbaustein einen Direkteinlassanschluss zum direkten Einlassen von Hauptflüssigkeit in den Umgehungsabschnitt umfassen. In diesem Fall stehen der Hauptflüssigkeit, z. B. Harz, also wenigstens zwei verschiedene Zuflüsse zum erfindungsgemäßen Dosierbaustein zur Verfügung, wobei der Zufluss in der Dosierstellung des Wegeventils durch den normalen Einlassanschluss erfolgt, der zum Mi schabschnitt führt, wohingegen der Zufluss in der Umgehungsstellung des Wegeventils durch den Direkteinlassanschluss unmittelbar in den Umgehungsabschnitt erfolgt.

In einer alternativen Ausführungsform ohne beweglichen Ventilstößel ist vorgesehen, dass die Mischvorrichtung stationär im Mischabschnitt des Strömungskanals eingebaut ist, und dass das Wegeventil ein Kugelhahnventil, ein Rückschlagventil oder ein Schieberventil umfasst, das stromabwärts der Mischvorrichtung vorgesehen und dazu ausgelegt ist, in einer Dosierstellung den mit Hilfsflüssigkeit durchmischten Strom von Hauptflüssigkeit zum Auslassanschluss zu leiten, und in einer Umgehungsstellung den Strom von Hauptflüssigkeit aus dem Umgehungsabschnitt zum Auslassanschluss zu leiten. Ein derartiges Kugelhahn-, Rückschlag- oder Schieberventil kann elektrisch und/oder pneumatisch und/oder hydraulisch angetrieben werden.

Insbesondere kann das Wegeventil jeweils ein dem Mischabschnitt bzw. dem Umgehungsabschnitt zugeordnetes Rückschlagventil umfassen, wobei vorzugsweise wenigstens eines der Rückschlagventile eine Kugel mit einem zugeordneten Dichtsitz umfasst.

Wie vorstehend bereits erläutert, ist der erfindungsgemäße Dosierbaustein besonders für Nasspress- bzw. RTM- oder HD-RTM - Anlagen geeignet, bei denen die Hauptflüssigkeit ein Harz enthält und/oder die Hilfsflüssigkeit ein Trennmittel enthält. Der erfindungsgemäße Dosierbaustein eignet sich jedoch auch für andere Anwendungen, bspw. Anlagen, bei denen die Hauptflüssigkeit und/oder die Hilfsflüssigkeit unterschiedliche Farben, Lacke und/oder Lasuren enthalten.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren als nicht einschränkende Beispiele erläutert werden. Hierin zeigt:

Fig. 1 a eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierbausteins in der Dosierstellung;

Fig. 1 b eine schematische Schnittansicht der Ausführungsform aus Fig. 1 a in der

Umgehungsstellung; a eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierbausteins in der Dosierstellung; b eine schematische Schnittansicht der Ausführungsform aus Fig. 2a in der

Umgehungsstellung; a eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierbausteins in der Dosierstellung; b eine schematische Schnittansicht der Ausführungsform aus Fig. 3a in der

Umgehungsstellung; a eine schematische Schnittansicht einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierbausteins in der Dosierstellung; b eine schematische Schnittansicht der Ausführungsform aus Fig. 4a in der

Umgehungsstellung; a eine schematische Schnittansicht einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierbausteins in der Dosierstellung; b eine schematische Schnittansicht der Ausführungsform aus Fig. 5a in der

Umgehungsstellung; c eine schematische Schnittansicht des in der fünften Ausführungsform verwendeten Kugelhahnventils bei Schnitt entlang der Ebene A-A in Fig. 5b; a eine schematische Schnittansicht einer sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierbausteins in der Dosierstellung; b eine schematische Schnittansicht der Ausführungsform aus Fig. 6a in der

Umgehungsstellung; a eine schematische Schnittansicht einer siebten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierbausteins in der Dosierstellung; Fig. 7b eine schematische Schnittansicht der Ausführungsform aus Fig. 7a in der Umgehungsstellung;

Fig. 8a eine schematische Schnittansicht einer achten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierbausteins in der Dosierstellung; und

Fig. 8b eine schematische Schnittansicht der Ausführungsform aus Fig. 8a in der

Umgehungsstellung.

Die Fig. 1 a und 1 b zeigen schematische Querschnittsansichten einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierbausteins 10 in der Dosierstellung bzw. der Umgehungsstellung. Der Dosierbaustein 10 umfasst ein Gehäuse 12, das insbesondere aus Metall gefertigt sein kann, und an dem in den Figuren oben ein Einlassanschluss 14 zum Einlassen einer Hauptflüssigkeit vorgesehen ist.

Vom Einlassanschluss 14 strömt die Hauptflüssigkeit allgemein durch einen Strömungskanal 16 zu einem Auslassanschluss 18 in dem in den Figuren unteren Bereich des Gehäuses 12 und von dort z. B. im Fall der Verwendung des erfindungsgemäßen Dosierbausteins 10 in einer RTM-Anlage weiter zu einem Mischkopf, wo eine Vermischung mit einem Härter erfolgt.

Der Strömungskanal 16 umfasst unmittelbar stromabwärts des Einlassanschlusses 14 einen Vorlaufabschnitt 16A und hieran anschließend einen Mischabschnitt 16B sowie einen hierzu parallelen Umgehungsabschnitt 16 C. In der in Fig. 1 a gezeigten Dosierstellung strömt die Hauptflüssigkeit vom Einlassanschluss 14 durch den Vorlaufabschnitt 16A und den Mischabschnitt 16B zum Auslassanschluss 18, in der in Fig. 1 b gezeigten Umgehungsstellung hingegen durch den Vorlaufabschnitt 16A und den Umgehungsabschnitt 16C zum Auslassanschluss 18.

In der Dosierstellung vermischt sich die Hauptflüssigkeit in einem Statikmischer 20, der im Mischabschnitt 16B angeordnet ist, mit einer Hilfsflüssigkeit, die durch einen am Gehäuse 12 vorgesehenen Hilfsanschluss 22 in den Strömungskanal 16 zugeführt wird. Der Statikmischer 20 ist in einem hydraulisch angetriebenen Ventilstößel 24 angeordnet, der sich in seiner in Fig. 1 a gezeigten Dosierstellung im Wesentlichen an seiner oberen Position in einer Hauptbohrung 12B im Gehäuse 12 befindet, da ein mit dem Ventilstößel 24 verbundener Ventilkolben 26 an seiner in Fig. 1 a unteren Seite mit Hydraulikfluid in einer über der Hauptbohrung 12B angeordneten Hydraulikkammer 28 beaufschlagt wird. Hierzu ist die Hydraulikkammer 28 in ihrem unteren Bereich mit einer Hydraulikbohrung 30 verbunden. Die Zufuhr von Hydraulikfluid durch die Hydraulikbohrung 30 in die Hydraulikkammer 28 ist in Fig. 1 a schematisch durch einen Pfeil angedeutet.

In der in Fig. 1 a gezeigten Dosierstellung gibt eine in der Wand des Ventilstößels 24 vorgesehene Hauptflüssigkeitsbohrung 24A die Verbindung vom Vorlaufabschnitt 16A zum Mischabschnitt 16B frei, und eine gegenüberliegende Hilfsflüssigkeitsbohrung 24B in der Wand des Ventilstößels 24 gibt die Verbindung vom Hilfsanschluss 22 zum Mischabschnitt 16B frei, so dass beide Arten von Flüssigkeiten in den Statikmischer 20 gelangen können, von wo sie nach ihrer Durchmischung durch eine zentrale Abflussbohrung 24C am unteren Ende des Ventilstößels 24 zu dem in der Hauptbohrung 12B unten vorgesehenen Auslassanschluss 18 abfließen können. Gleichzeitig trennt eine in Umfangsrichtung verlaufende Dichtkante 24D am unteren Ende des Ventilstößels 24 das stromabwärtige Ende des Umgehungsabschnitts 16C vom Auslassanschluss 18, so dass kein direkter Abfluss von Hauptflüssigkeit durch den Umgehungsabschnitt 16C möglich ist.

Um den Ventilstößel 24 ausgehend von seiner in Fig. 1 a gezeigten Dosierstellung in die in Fig. 1 b gezeigte Umgehungsstellung zu bewegen, wird die Zufuhr von Hydraulikfluid durch die Hydraulikbohrung 30 in den unteren Bereich der Hydraulikkammer 28 beendet und stattdessen Hydraulikfluid durch eine Hydraulikbohrung 32 in den oberen Bereich der Hydraulikkammer 28 zugeführt, wie es in Fig. 1 b schematisch durch einen Pfeil angedeutet ist. Luft kann hierbei durch eine in den Figuren eingezeichnete Bohrung 33 in einen Luftraum im oberen Bereich der Hauptbohrung 12B einströmen. Der Ventilstößel 24 wird hierdurch in den Figuren nach unten bewegt, so dass seine Hauptflüssigkeitsbohrung 24A und seine Hilfsflüssigkeitsbohrung 24B nicht mehr passend zum stromaufwärtigen Bereich des Mischabschnitts 16B bzw. zum Hilfsanschluss 22 ausgerichtet sind. Vielmehr verschließt die Wand des Ventilstößels 24 oberhalb der Hauptflüssigkeitsbohrung 24A nunmehr den stromaufwärtigen Bereich des Mischabschnitts 16B, und seine Wand oberhalb der Hilfsflüssigkeitsbohrung 24B schließt den Hilfsanschluss 22. Weder die Haupt- noch die Hilfsflüssigkeit können in dieser Stellung des Ventilstößels 24 zum Statikmischer 20 gelangen. Gleichzeitig öffnet jedoch eine Radialnut 24E im unteren Bereich des Ventilstößels 24 unmittelbar oberhalb seiner Dichtkante 24D einen Durchgang für die Hauptflüssigkeit vom Umgehungsabschnitt 16C zum Auslassanschluss 18.

Die Hauptflüssigkeit, z. B. Harz, kann in dieser Umgehungsstellung des erfindungsgemäßen Dosierbausteins 10 unter Umgehung der Mischvorrichtung zum Auslassanschluss 18 strömen. Der Statikmischer 20 ist währenddessen gleichsam kurzgeschlossen. Ein Kontakt des Harzes mit verbliebenem Trennmittel im Statikmischer 20 wird somit vermieden, und man kann das Harz zum Harztank rezirkulieren lassen, ohne dessen schleichende Kontamination mit Trennmittel befürchten zu müssen.

Die Fig. 2a und 2b zeigen eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierbausteins 10 in der Dosierstellung bzw. in der Umgehungsstellung. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass der Ventilstößel 24 in seiner Wand oberhalb der Hilfsflüssigkeitsbohrung 24B, in den Fig. 2a und 2b links oben, eine Rezirkulationsnut 34 aufweist. In der in Fig. 2b gezeigten Umgehungsstellung verschließt diese Wand den Hilfsanschluss 22 daher nicht. Vielmehr kann die Hilfsflüssigkeit durch die Rezirkulationsnut 34 und einen ihr zugeordneten Hilfsflüssigkeit-Rücklaufkanal 36 im Gehäuse 12 des erfindungsgemäßen Dosierbausteins 10 zurück zu einem nicht dargestellten Hilfsflüssigkeitstank strömen. Somit kann zwischen zwei Schüssen nicht nur die Hauptflüssigkeit, z. B. Harz, sondern auch die Hilfsflüssigkeit, z. B. Trennmittel, zirkulieren, um insbesondere einen konstant hohen Druck und eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der Hilfsflüssigkeit zu gewährleisten. Diese Trennmittelzirkulation in der Umgehungsstellung ist in Fig. 2b durch Pfeile schematisch angedeutet.

Die Fig. 3a und 3b zeigen eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierbausteins 10 in der Dosierstellung bzw. in der Umgehungsstellung. In dieser dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierbausteins 10 ist der Ventilstößel 24 zur hydraulischen Verlagerung unter Verwendung der Hauptflüssigkeit als Hydraulikflüssigkeit ausgelegt. Die in der ersten Ausführungsform vorgesehenen Hydraulikbohrungen 30, 32, sowie zugehörige Hydraulikleitungen und ein separater Tank für eine Hydraulikflüssigkeit sind daher nicht erforderlich. Vielmehr ist dem Ventilstößel 24 in der dritten Ausführungsform ein 4/2-Wegeventil 25 zugeordnet, das in den Fig. 3a und 3b oberhalb des Gehäuses 12 schematisch angedeutet ist.

In der in Fig. 3a gezeigten Dosierstellung ist das 4/2-Wegeventil 25 derart geschaltet, dass die Hauptflüssigkeit durch den Einlassanschluss 14 und den stromaufwärtigen Anfangsbereich des Vorlaufabschnitts 16A in das Gehäuse 12 strömt und dann - ähnlich der separaten Hydraulikflüssigkeit in Fig. 1 b - in den oberen Bereich der Hauptbohrung 12B oberhalb des Ventilstößels 24 gelangt. Der Ventilstößel 24 wird hierdurch entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 38 über den Auslassanschluss 18 hinaus nach unten gedrückt, so dass seine Hauptflüssigkeitsbohrung 24A den Strömungsweg vom Vorlaufabschnitt 16A und seine Hilfsflüssigkeitsbohrung 24B den Zustrom von Hilfsflüssigkeit vom Hilfsanschluss 22 in den Mischabschnitt 16B freigibt. Nach Durchmischung in dem im Ventilstößel 24 befestigten Statikmischer 20 strömt das Gemisch von Haupt- und Hilfsflüssigkeit über radiale Abflussbohrungen 24C aus dem Ventilstößel 24 in die Hauptbohrung 12B und verlässt den Dosierbaustein 10 durch den in der Hauptbohrung 12B unten vorgesehenen Auslassanschluss 18.

Zum Umschalten in die in Fig. 3b gezeigte Umgehungsstellung wird das dem Ventilstößel 24 zugeordnete 4/2-Wegeventil 25 derart geschaltet, dass die Hauptflüssigkeit durch einen Direkteinlassanschluss 40 direkt in den Umgehungsabschnitt 16C strömt, der in den unteren Bereich der Hauptbohrung 12B mündet, in der der Ventilstößel 24 aufgenommen ist. Durch diese Beaufschlagung von unten im Bereich der Dichtkante 24D, unterstützt durch die Wirkung der Rückstellfeder 38, wird der Ventilstößel 24 in der Hauptbohrung 12B über den Auslassanschluss 18 hinaus nach oben verschoben, und seine Umfangswand unterhalb der Hauptflüssigkeitsbohrung 24A und der Hilfsflüssigkeitsbohrung 24B sperrt den weiteren Zustrom von Haupt- und Hilfsflüssigkeit zum Statikmischer 20. In dieser Umgehungsstellung strömt die Hauptflüssigkeit folglich durch den Direkteinlassanschluss 40 und den Umgehungsabschnitt 16C ohne Kontakt mit dem Statikmischer 20 direkt zum Auslassanschluss 18.

Bei der in den Fig. 3a und 3b gezeigten dritten Ausführungsform ist der Durchmesser der den Ventilstößel 24 aufnehmenden Hauptbohrung 12B im Gehäuse 12 in ihrem oberen Bereich an den Außendurchmesser des Ventilstößels 24 angepasst, in ihrem unteren Bereich hingegen auf den geringfügig größeren Außendurchmesser der Dichtkante 24D aufgeweitet. Im Übergangsbereich zwischen diesen beiden Durchmessern bildet das Gehäuse 12 daher einen Dichtsitz für die Dichtkante 24D, was die Abdichtung in diesem Bereich verbessert.

Die Fig. 4a und 4b zeigen eine schematische Schnittansicht einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierbausteins in der Dosierstellung bzw. in der Umgehungsstellung. Hinsichtlich der Hydrauliksteuerung des Ventilstößels 24 und der Verzweigung des Vorlaufabschnitts 16A des Strömungskanals 16 in einen Mischabschnitt 16B und einen hierzu parallelen Umgehungsabschnitt 16C ähnelt diese vierte Ausführungsform der ersten und zweiten Ausführungsform, wobei allerdings die Rolle der Bohrungen 30, 32 aus geometrischen Gründen invertiert ist. Eine Zufuhr von Hydraulikfluid durch die obere Bohrung 32 bringt den Ventilstößel in die in Fig. 4a gezeigte Dosierstellung, eine Zufuhr von Hydraulikfluid durch die untere Bohrung 30 bringt ihn in die in Fig. 4b gezeigte Umgehungsstellung. Im Gegensatz zur dritten Ausführungsform ist kein zusätzlicher Direkteinlassanschluss 40 vorgesehen.

Hingegen entspricht die vierte Ausführungsform hinsichtlich des Verlaufs des Umgehungsabschnitts 16C im unteren Bereich des Gehäuses 12 der dritten Ausführungsform. Auch hier mündet somit der Umgehungsabschnitt 16C in den unteren Bereich der Hauptbohrung 12B, in der der Ventilstößel 24 aufgenommen ist. Der Verlauf des Durchmessers der Hauptbohrung 12B ist wiederum derart gewählt, dass das Gehäuse 12 einen Dichtsitz für die Dichtkante 24D des Ventilstößels 24 in der Umgehungsstellung bildet.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dosierbausteins 10 ist der Statikmischer 20 zum Vermischen der Haupt- und Hilfsflüssigkeit jeweils in einem Ventilstößel 24 eingebaut, der im Gehäuse 12 beweglich ist.

In den nachfolgenden Ausführungsformen hingegen ist der Statikmischer 20 jeweils fest im Gehäuse 12 angebracht. Anstelle eines beweglichen Ventilstößels 24 ist jeweils eine andere Art von Wegeventil vorgesehen.

So zeigen die Fig. 5a und 5b eine schematische Schnittansicht einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierbausteins in der Dosierstellung bzw. in der Umgehungsstellung. Der Statikmischer 20 ist stationär im Mischabschnitt 16B des Strömungskanals eingebaut. Stromabwärts des Statikmischers 20 ist in der ihn aufnehmenden Hauptbohrung 12B ein Kugelhahnventil 42 mit einer L-förmigen Bohrung 42 A drehbar angeordnet.

In der in Fig. 5a gezeigten Dosierstellung ist die Drehstellung des Kugelhahnventils 42 derart gewählt, dass der im unteren Bereich der Hauptbohrung 12B vorgesehene Auslassanschluss 18 mit dem Mischabschnitt 16B verbunden ist, wohingegen das stromabwärtige Ende des Umgehungsabschnitt 16C durch das Kugelhahnventil 42 verschlossen wird. Die Hauptflüssigkeit strömt somit durch den Einlassanschluss 14 und den Vorlaufabschnitt 16A in den Mischabschnitt 16B, wo sie im Statikmischer 20 mit der Hilfsflüssigkeit aus dem Hilfsanschluss 22 vermischt wird. Von dort strömt das Gemisch durch die L-förmige Bohrung 42A des Kugelhahnventils 42 in den Auslassanschluss 18.

Um das Wegeventil in die in Fig. 5b gezeigte Umgehungsstellung zu bringen, wird das Kugelhahnventil 42 um eine zur Zeichenebene orthogonale Achse um 90 Grad gedreht. Diese Drehung ist in Fig. 5a und 5b durch einen Pfeil angedeutet und bewirkt, dass der im unteren Bereich der Hauptbohrung 12B vorgesehene Auslassanschluss 18 mit dem Umgehungsabschnitt 16C verbunden wird, wohingegen der Mischabschnitt 16B durch das Kugelhahnventil 42 verschlossen wird. Hierdurch wird der Statikmischer 20 gleichsam kurzgeschlossen, auch wenn er weiterhin mit Haupt- und Hilfsflüssigkeit volllaufen kann, die jedoch nicht zum Auslassanschluss 18 gelangen. Vielmehr strömt reine Hauptflüssigkeit durch den Umgehungsabschnitt 16C direkt zum Auslassanschluss 18.

Die Drehung des Kugelhahnventils 42 kann vorzugsweise elektrisch oder mechanisch über Riemen und/oder Gestänge erfolgen und/oder pneumatisch bzw. hydraulisch. Die zugehörige Steuereinheit, bei der es sich bspw. um einen Stellantrieb handeln kann, sollte dabei vom Kugelhahnventil 42 abgesetzt platziert sein.

Fig. 5c zeigt eine schematische Schnittansicht des Kugelhahnventils 42 bei Schnitt entlang der Ebene A-A in Fig. 5b.

Die Fig. 6a und 6b zeigen eine schematische Schnittansicht einer sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierbausteins 10 in der Dosierstellung bzw. in der Umgehungsstellung. Wiederum ist der Statikmischer 20 fest im Mischabschnitt 16B des Strömungskanals 16 eingebaut.

Ähnlich wie in der dritten Ausführungsform umfasst auch die sechste Ausführungsform des Dosierbausteins 10 einen Einlassanschluss 14 mit nachgeordneten Vorlaufabschnitt 16A und Mischabschnitt 16B, in dem der Statikmischer 20 angeordnet ist, sowie ferner einen Direkteinlassanschluss 40, durch den die Hauptflüssigkeit direkt in einen separaten Umgehungsabschnitt 16C strömen kann.

Das stromabwärtige Ende des Mischabschnitts 16B ist durch ein Rückschlagventil von einer in den Fig. 6a und 6b horizontal verlaufenden Auslassbohrung 18B getrennt, in der der Auslassanschluss 18 vorgesehen ist. Das Rückschlagventil umfasst in dieser Ausführungsform beispielhaft eine Kugel 44, die durch eine Feder 46 gegen einen Ventilsitz gedrückt wird.

Ebenso ist das stromabwärtige Ende des Umgehungsabschnitts 16C durch ein weiteres Rückschlagventil von der Auslassbohrung 18B getrennt. Auch dieses weitere Rückschlagventil umfasst in dieser Ausführungsform eine Kugel 48, die durch eine Feder 50 gegen einen Ventilsitz gedrückt wird. Ähnlich wie in der dritten Ausführungsform wird die Zufuhr der Hauptflüssigkeit zum Einlassanschluss 14 oder zum Direkteinlassanschluss 40 durch ein 4/2-Wegeventil gesteuert, das in Fig. 6a und Fig. 6b nicht dargestellt ist.

In der in Fig. 6a dargestellten Dosierstellung strömt die Hauptflüssigkeit durch den Einlassanschluss 14 in den Vorlaufabschnitt 16 A, wo sie auf Hilfsflüssigkeit aus dem Hilfsanschluss 22 trifft. Die beiden Flüssigkeiten werden anschließend in dem im Mischabschnitt 16B fest montierten Statikmischer 20 vermischt und strömen an der durch den Druck der Mischung abgehobenen Kugel 44 vorbei in die Auslassbohrung 18B und durch den Auslassanschluss 18 aus dem Dosierbaustein 10. Das Rückschlagventil mit der Kugel 48 am Ende des drucklosen Umgehungsabschnitts 16C ist hierbei aufgrund der Beaufschlagung durch die Feder 50 geschlossen.

In der in Fig. 6b dargestellten Umgehungsstellung strömt die Hauptflüssigkeit durch den Direkteinlassanschluss 40 direkt in den Umgehungsabschnitt 16 C. Ohne Kontakt mit dem Statikmischer 20 strömt sie an der durch den Druck der reinen Hauptflüssigkeit abgehobenen Kugel 48 vorbei in die Auslassbohrung 18B und durch den Auslassanschluss 18 aus dem Dosierbaustein 10. Das Rückschlagventil mit der Kugel 44 am Ende des drucklosen Mischabschnitts 16B ist hierbei aufgrund der Beaufschlagung durch die Feder 46 geschlossen.

Die Fig. 7a und 7b zeigen eine schematische Schnittansicht einer siebten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierbausteins 10 in der Dosierstellung bzw. in der Umgehungsstellung. In dieser Ausführungsform umfasst das Wegeventil ein Schieberventil 52 mit zwei äußeren Kolben 52A und 52B, die hydraulisch angetrieben in einer in den Figuren horizontalen Auslassbohrung 18B verschiebbar sind, in der der Auslassanschluss 18 vorgesehen ist. Andere Antriebsarten für das Schieberventil 52 sind selbst verständlich möglich, bspw. ein pneumatischer und/oder elektrischer Antrieb.

In der in Fig. 7a gezeigten Dosierstellung gibt der linke Kolben 52A die Verbindung zwischen dem Mischabschnitt 16B und der Auslassbohrung 18B frei, während der rechte Kolben 52B den Umgehungsabschnitt 16C von der Auslassbohrung 18B absperrt, so dass nur eine Mischung von Haupt- und Hilfsflüssigkeit aus dem Statikmischer 20 aus dem Dosierbaustein 10 ausströmen kann.

In der in Fig. 7b gezeigten Umgehungsstellung hingegen sperrt der linke Kolben 52A die Verbindung zwischen dem Mischabschnitt 16B und der Auslassbohrung 18B, während der rechte Kolben 52B die Verbindung vom Umgehungsabschnitt 16C zur Auslassbohrung 18B freigibt, so dass nur die reine Hauptflüssigkeit unter Umgehung des Statikmischers 20 aus dem Dosierbaustein 10 ausströmen kann.

Das Gehäuse 12 umfasst in der Auslassbohrung 18B im Bereich des Auslassanschlusses 18 Umfangsvorsprünge 18C, die zugeordnete Dichtsitze für die Kolben 52A, 52B bilden.

Die Fig. 8a und 8b zeigen eine schematische Schnittansicht einer achten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierbausteins 10 in der Dosierstellung bzw. in der Umgehungsstellung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehend erläuterten siebten Ausführungsform dadurch, dass das Schieberventil 52 anstelle von zwei äußeren Kolben nur einen einzigen zentralen Kolben 52C umfasst. In der in Fig. 8a gezeigten Dosierstellung verschließt dieser zentralen Kolben 52C die Auslassbohrung 18B zwischen dem Auslassanschluss 18 und dem Umgehungsabschnitt 16C, während die Verbindung vom Mi schabschnitt 16B zu demjenigen Bereich der Auslassbohrung 18B, in dem der Auslassanschluss 18 liegt, freigegeben ist.

Hingegen verschließt der zentrale Kolben 52C in der Umgehungsstellung der Fig. 8b die Auslassbohrung 18B zwischen dem Auslassanschluss 18 und dem Mischabschnitt 16B, während die Verbindung vom Umgehungsabschnitt 16C zu demjenigen Bereich der Auslassbohrung 18B, in dem der Auslassanschluss 18 liegt, freigegeben ist.

Auch in der achten Ausführungsform umfasst das Gehäuse 12 in der Auslassbohrung 18B im Bereich des Auslassanschlusses 18 Umfangsvorsprünge 18C, die zugeordnete Dichtsitze für den zentralen Kolben 52C bilden.

Der erfindungsgemäße Dosierbaustein 10 ermöglicht in allen Ausführungsformen ein Umschalten des Wegeventils zwischen der Dosierstellung, in der die Haupt- und die Hilfsflüssigkeit in der Mischvorrichtung des Dosierbausteins 10 gemischt und durch den Auslassanschluss 18 ausgegeben werden, und der Umgehungsstellung, in der unvermischte Hauptflüssigkeit an der Mischvorrichtung vorbei zum Auslassanschluss 18 geführt wird und somit zum Hauptflüssigkeitstank rezirkulieren kann, ohne dessen allmähliche Verunreinigung mit Hilfsflüssigkeit befürchten zu müssen.

Claims

Ansprüche

1 . Dosierbaustein (10) zum Zudosieren einer Hilfsflüssigkeit in einen Strom einer Hauptflüssigkeit, umfassend:

- ein Gehäuse (12) mit einem Einlassanschluss (14) und einem Auslassanschluss (18) und einem dazwischen ausgebildeten Strömungskanal (16) für die Hauptflüssigkeit;

- einen an dem Gehäuse (12) vorgesehenen Hilfsanschluss (22) zum Zuführen der Hilfsflüssigkeit in den Strömungskanal (16);

- eine in einem Mischabschnitt (16B) des Strömungskanals vorgesehene Mischvorrichtung (20) zum Mischen der Hauptflüssigkeit und der Hilfsflüssigkeit;

dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierbaustein (10) ferner umfasst:

- einen Umgehungsabschnitt (16C) zum Leiten des Stroms von Hauptflüssigkeit zum Auslassanschluss (18) unter Umgehung der Mischvorrichtung (20); und

- ein Wegeventil (24, 25; 42; 44, 48; 52), das dazu ausgelegt ist, den Auslassanschluss (18) in einer Dosierstellung mit dem Mischabschnitt (16B) und in einer Umgehungsstellung mit dem Umgehungsabschnitt (16C) zu verbinden.

2. Dosierbaustein (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Umgehungsabschnitt (16C) in dem Gehäuse (12) ausgebildet oder an der Außenseite des Gehäuses (12) vorgesehen ist, insbesondere als Rohrleitung.

3. Dosierbaustein (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (20) ein Statikmischer ist.

4. Dosierbaustein (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wegeventil einen Ventilstößel (24) umfasst, in dem die Mischvorrichtung (20) angeordnet ist, wobei der Ventilstößel (24) in dem Gehäuse (12) zwischen einer Dosierstellung, in der der Strom von Hauptflüssigkeit und die Hilfsflüssigkeit durch den Ventilstößel (24) hindurch verlaufen, und einer Umgehungsstellung, in der der Ventilstößel (24) den Strom von Hauptflüssigkeit in den Umgehungsabschnitt (16C) leitet und den Hilfsanschluss (22) vom Strömungskanal (16) trennt, verlagerbar ist.

5. Dosierbaustein (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstößel (24) in der Umgehungsstellung den Hilfsanschluss (22) schließt.

6. Dosierbaustein (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstößel (24) mit einer Rezirkulationsnut (34) versehen ist, die in der Umgehungsstellung den Hilfsanschluss (22) mit einem im Gehäuse (12) vorgesehenen Hilfsflüssigkeit-Rücklaufkanal (36) verbindet.

7. Dosierbaustein (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstößel (24) durch eine hydraulisch und/oder pneumatisch und/oder elektrisch angetriebene Schiebe- und/oder Drehbewegung zwischen der Dosierstellung und der Umgehungsstellung verlagerbar ist.

8. Dosierbaustein (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstößel (24) zur hydraulischen Verlagerung unter Verwendung der Hauptflüssigkeit als Hydraulikflüssigkeit ausgelegt ist.

9. Dosierbaustein (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner eine Rückstellfeder (38) umfasst, die den Ventilstößel (24) in Richtung der Umgehungsstellung beaufschlagt.

10. Dosierbaustein (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Direkteinlassanschluss (40) zum direkten Einlassen von Hauptflüssigkeit in den Umgehungsabschnitt (16C) umfasst.

1 1 . Dosierbaustein (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 10 in Kombination mit einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (20) stationär im Mischabschnitt (16B) des Strömungskanals (16) eingebaut ist, und dass das Wegeventil ein Kugelhahnventil (42), ein Rückschlagventil oder ein Schieberventil (52) umfasst, das stromabwärts der Mischvorrichtung (20) vorgesehen und dazu ausgelegt ist, in einer Dosierstellung den mit Hilfsflüssigkeit durchmischten Strom von Hauptflüssigkeit zum Auslassanschluss (18) zu leiten, und in einer Umgehungsstellung den Strom von Hauptflüssigkeit aus dem Umgehungsabschnitt (16C) zum Auslassanschluss (18) zu leiten.

12. Dosierbaustein (10) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wegeventil jeweils ein dem Mischabschnitt (16B) bzw. dem Umgehungsabschnitt (16C) zugeordnetes Rückschlagventil umfasst.

13. Dosierbaustein (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Rückschlagventile eine Kugel (44, 48) mit einem zugeordneten Dichtsitz umfasst.

14. Dosierbaustein (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptflüssigkeit ein Harz enthält und/oder dass die Hilfsflüssigkeit ein Trennmittel enthält.

15. Dosierbaustein (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptflüssigkeit und/oder die Hilfsflüssigkeit unterschiedliche Farben, Lacke und/oder Lasuren enthalten.