EP4210919A1 - Vorrichtung und verfahren zum mischen von zumindest zwei chemisch reaktiven kunststoffkomponenten - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum mischen von zumindest zwei chemisch reaktiven kunststoffkomponenten

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Publication number
EP4210919A1
EP4210919A1 EP21749597.7A EP21749597A EP4210919A1 EP 4210919 A1 EP4210919 A1 EP 4210919A1 EP 21749597 A EP21749597 A EP 21749597A EP 4210919 A1 EP4210919 A1 EP 4210919A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
control piston
electric drive
spindle
mixing
Prior art date
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Pending
Application number
EP21749597.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Patrick Schweißthal
Robert Brunner
Alexander Berg
Ralf Moser
Jens Kompe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KraussMaffei Technologies GmbH
Original Assignee
KraussMaffei Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KraussMaffei Technologies GmbH filed Critical KraussMaffei Technologies GmbH
Publication of EP4210919A1 publication Critical patent/EP4210919A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
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    • B29B7/74—Mixing; Kneading using other mixers or combinations of mixers, e.g. of dissimilar mixers ; Plant
    • B29B7/76—Mixers with stream-impingement mixing head
    • B29B7/7663—Mixers with stream-impingement mixing head the mixing head having an outlet tube with a reciprocating plunger, e.g. with the jets impinging in the tube
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    • B29B7/30—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
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    • B29B7/728—Measuring data of the driving system, e.g. torque, speed, power, vibration
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    • B29B7/7631—Parts; Accessories
    • B29B7/7636—Construction of the feed orifices, bores, ports
    • B29B7/7642—Adjustable feed orifices, e.g. for controlling the rate of feeding

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for mixing at least two chemically reactive plastic components under pressure, with a cylindrical mixing chamber into which the plastic components are injected via a respective component feed opening, with the component feed openings being opened and closed and the remaining plastic mixture being discharged within the Mixing chamber, a reversible control piston is arranged.
  • DE 195 15 039 A1 discloses a device for mixing at least two chemically reactive plastic components under high pressure, with a cylindrical mixing chamber into which the components are injected, with a reversible piston being arranged inside the mixing chamber to discharge the remaining plastic mixture.
  • the device also has a cylindrical outlet chamber, also referred to as a settling chamber or discharge channel, which adjoins the mixing chamber and runs at an angle of preferably 90° to the longitudinal axis of the mixing chamber, with a reversible cleaning piston in the settling chamber for discharging the reactive plastic mixture the settling chamber is arranged.
  • the cleaning piston has depressions formed on its cylindrical lateral surface, which are filled with spacer material and are arranged helically on the lateral surface, so that when the cleaning piston moves axially, it is set in rotation.
  • DE 36 29 042 CI describes a mixing head for producing a chemically reacting mixture of at least two components, in particular a mixture of isocyanate and polyol that reacts to form polyurethane, which has a bore with an axially displaceable ram and in the wall of the bore to form a mixing chamber Has nozzles for supplying the components.
  • the ram conveys the mixture produced out of the bore.
  • the axially displaceable ram has a cylindrical cross-section and is coupled to a rotary drive.
  • the axially displaceable ram can also be coupled to a drive that oscillates about its axis. If the axially displaceable ram has a prismatic cross-section, it is coupled to a drive that oscillates in the axial direction of the ram.
  • Both the control piston and the cleaning piston are operated hydraulically in the known solutions. This allows them to be easily moved to a predefined end position, with each change in the end position causing the machine to be modified.
  • the hydraulics also require additional components in order to build up and maintain the necessary hydraulic pressure.
  • the object of the present invention is to create a solution that enables flexible production with reactive plastic components and that solves or improves the known challenges.
  • a reversible control piston is arranged inside the mixing chamber to open and close the component feed openings and to discharge the remaining plastic mixture.
  • the control piston is connected - mechanically - to an electric drive. A movement of the electric drive thus causes a movement of the control piston.
  • a component feed opening can also be understood to mean a component nozzle or an injection hole.
  • a first chemically reactive plastic component is fed to the mixing chamber under pressure through a first component feed opening, and a second chemically reactive plastic component is fed to the mixing chamber under pressure through a second component feed opening. The two plastic components supplied under pressure are mixed in the mixing chamber.
  • the control piston is set up to close the two component feed openings and at the same time open them, so that the two plastic components (can) flow into the mixing chamber.
  • the control piston moves linearly in the mixing chamber.
  • the electric drive can be, for example, an electric motor, an electromagnetic drive or a linear motor.
  • the control piston is coupled to the electric drive, for example directly (direct drive), via a gear, a belt drive (belt or chain), bevel gear and/or via a clutch.
  • the motor shaft can optionally also be designed in one piece with the downstream coupling elements such as a spindle.
  • the mixing chamber is shaped in such a way that the control piston can be moved linearly therein.
  • An inner contour of the mixing chamber thus corresponds to an outer contour of the control piston.
  • a cylindrical mixing chamber should be understood to mean a shape corresponding to a general cylinder, ie not just a circular cylinder with a circle as the base. Other geometric shapes such as rectangles or polygons, but also free, closed curves surrounding the base area are also conceivable.
  • the electric drive can be designed to generate a rotational movement.
  • the electric drive can be connected to the control piston via a coupling device.
  • the coupling device can thus couple the electric drive to the control piston, with the electric drive performing a rotational movement and the control piston performing a linear movement.
  • the coupling device is formed, the Implement rotational movement of the electric drive into a linear movement of the control piston.
  • the coupling device can have a spindle or a toothed rack.
  • a widely used electric motor can be used as an electric drive to drive the linearly moving control piston.
  • the coupling device can be designed as a spindle-nut combination with or without self-locking.
  • the movement of the control piston relative to the device can take place by a relative rotation of the spindle and the spindle nut.
  • Either the spindle or the spindle nut can be driven in rotation by the electric drive.
  • a gear can be arranged between the electric drive and the motor-driven part of the spindle-nut combination. With such a transmission, the force acting on the control piston can be generated in a desired range depending on the drive power of the electric drive.
  • the electric drive can be designed as a servo motor or a stepper motor.
  • the electric drive can be connected to a spindle via a coupling and can cause the spindle to rotate.
  • the spindle can drive a spindle nut.
  • the spindle nut can be moved (linearly) along the spindle by rotating the spindle. The direction of rotation thus influences the direction of movement of the spindle nut.
  • the spindle nut can be connected to the control piston via a thrust tube be.
  • the spindle nut can be coupled to the thrust tube and the thrust tube can be coupled to the control piston.
  • a storage device can store the spindle.
  • the bearing device can be arranged between the coupling and the spindle nut.
  • the bearing device can be designed as an angular ball bearing.
  • the bearing device can be supported axially and additionally or alternatively supported radially.
  • the bearing device can thus have axial bearings, radial bearings, radial bearings and/or linear bearings.
  • the bearing device can have a number of bearings such as sliding bearings or roller bearings, in particular with balls, cylinders, needles, barrels or cones as rolling elements, ie ball bearings, roller bearings, roller bearings, needle bearings.
  • the spindle can be formed as an inverted spindle.
  • the electric drive can be connected via a clutch to a spindle nut that drives the spindle.
  • the spindle can be connected to a thrust tube coupled to the control piston.
  • a bearing device can be provided which bears the spindle nut.
  • the bearing device supporting the spindle nut can be formed as an angular ball bearing.
  • the bearing device can be supported axially and additionally or alternatively supported radially.
  • the bearing device can thus have axial bearings, radial bearings, radial bearings and/or linear bearings.
  • the bearing device can have a number of bearings such as sliding bearings or roller bearings, in particular with balls, cylinders, needles, barrels or cones as rolling elements, ie ball bearings, roller bearings, roller bearings, needle bearings.
  • the device can also be designed as a deflection mixing head.
  • a cleaning piston is also provided.
  • a cylindrical outlet chamber connects to the mixing chamber.
  • the reversible cleaning piston for discharging the reactive plastic mixture from the discharge chamber is arranged in the discharge chamber, sometimes also referred to as the settling chamber.
  • the control piston and the cleaning piston are preferably arranged transversely to one another, in particular if the outlet chamber runs at an angle of 90° to the longitudinal axis of the mixing chamber.
  • the arrangement at right angles or at right angles to one another represents an arrangement that has been tried and tested in practice. Also a Y arrangement or a Arrangement in an angular range of +/- 30° to the right angle represent possible arrangements.
  • the cleaning piston can be electrically driven analogously or as an alternative to the control piston, as has already been shown above for the control piston.
  • the cleaning piston can be coupled with a—further—electrical drive.
  • the cleaning piston is set up to perform a linear movement in the outlet chamber.
  • a further spindle-nut combination can be provided, via which the cleaning piston is driven by the further electric drive.
  • a (first) push tube can be coupled to the control piston and a further (second) push tube can be coupled to the cleaning piston.
  • a direction of rotation of the electric drive causes a linear direction of movement of the control piston or of the cleaning piston.
  • the explanations for the connection and storage of the control piston also apply to the cleaning piston or can be used analogously.
  • the inventive idea can be implemented if only the cleaning piston or only the control piston or if both pistons are electrically driven.
  • the thrust tube assigned to the control piston can be equipped with an anti-twist device, which prevents the thrust tube from rotating with the spindle.
  • the (additional) thrust tube associated with the cleaning piston can also be equipped with an anti-twist device, which prevents the thrust tube from rotating with the spindle.
  • the inventive idea can also be implemented in a method for mixing at least two plastic components.
  • the at least two chemically reactive plastic components are injected under pressure into a cylindrical mixing chamber via a respective component feed opening.
  • a reversible control piston is arranged inside the mixing chamber to open and close the component feed openings and to discharge the remaining plastic mixture.
  • the control piston is connected to an electric drive and is driven by it.
  • a cleaning piston can be provided with a cylindrical outlet chamber, which connects to the mixing chamber, wherein in the outlet chamber of Cleaning piston is arranged for discharging the reactive plastic mixture from the outlet chamber.
  • the cleaning piston is reversible or, in other words, can be moved linearly in the outlet chamber.
  • the cleaning piston is connected to an electric drive and is driven by it.
  • a current position of the cleaning piston and additionally or alternatively a current position of the control piston can be determined and thus the cleaning piston and/or the control piston can be controlled using the respective determined current position.
  • position control closed loop
  • a measured value that represents the current position can be recorded to determine the position.
  • the force-displacement curve must be very precisely controlled during the movement of the control piston and/or the cleaning piston. All movement parameters can also be precisely defined and precisely maintained during operation using high-resolution path measuring devices in conjunction with the electric servo motor technology currently available.
  • a control device can be provided which controls the electric drives and is set up to carry out steps of the method presented here.
  • the control device can be set up to output control signals for activating the electric drive or the electric drives. Furthermore, it can be set up to receive and process measured values for position determination.
  • a throttle position of the cleaning piston can be varied by controlling the electric drive assigned to the cleaning piston. It can be controlled directly from the control device of the cleaning piston or the electric drive and it is no longer necessary to manually measure the throttle position.
  • a speed profile of the cleaning piston and/or a speed profile of the control piston can be varied depending on the component being produced.
  • the electrical drive associated with the control piston can be controlled in such a way that the control piston moves to an intermediate position in order to flush through reversing grooves in the control piston.
  • the reversing grooves are also referred to as recirculation grooves.
  • the reversing grooves serve to direct the plastic component from the component feed opening to a return in order to be able to move the plastic component under pressure in the system so that when the component feed opening is opened, the plastic component flows into the mixing chamber with the desired and set pressure without any dead time. In the intermediate position, areas can now be flushed through which material otherwise only rarely flows.
  • a torque and/or a rotational speed and/or an electrical power consumption of the electrical drive of the cleaning piston and/or of the electrical drive of the control piston or electrical signals representing these can/can be monitored.
  • a wear parameter for predictive maintenance can be determined using the rotational speed and/or the torque and/or the electrical power consumption.
  • the electrical signal or signals representing the torque and/or the rotational speed and/or the electrical power consumption of the electrical drive can be monitored for compliance with a limit value and an alarm signal can be output if the predefined limit value is exceeded (or fallen below). This can be implemented simply using a comparator, for example.
  • an AI system can also be trained and used to obtain information on predictive maintenance.
  • the control device for controlling the electric drives can be implemented in one component or distributed in several components. Furthermore, the control device can be integrated into an ASIC or a comparable integrated circuit (PC, FPGA, . . . ).
  • the control device can generally also be understood as a control unit.
  • the control device mentioned here can in particular as a Processor unit and/or an at least partially hardwired or logical circuit arrangement for the metrological steps and steps for controlling the electrical drives of the method described.
  • Said control device can be or include any type of processor or processor or computer with the necessary peripherals (memory, input/output interfaces, input/output devices, etc.).
  • FIG. 1 shows a sectional illustration of a device for mixing at least two chemically reactive plastic components according to a first exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a sectional view of a device for mixing at least two chemically reactive plastic components along line CC of FIG. 1 according to the first exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a sectional illustration of a device for mixing at least two chemically reactive plastic components according to a second exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows a sectional illustration of a device for mixing at least two chemically reactive plastic components according to a third exemplary embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a sectional view of the third embodiment in a closed position
  • FIG. 6 shows an enlarged detail of the sectional view from FIG.
  • the figures are only schematic representations and only serve to explain the invention. Elements that are the same or have the same effect are provided with the same reference symbols throughout.
  • the device 100 can also be referred to as a mixing head device for a reaction casting machine.
  • the device 100 is shown as a deflection mixing head 134 with a control piston 101 and a cleaning piston 102 .
  • the control piston 101 has a (first) spindle 104, a (first) spindle nut 106, a (first) clutch 108, a (first) bearing device 110, a (first) sealing flange 114, a (first) anti-rotation device 116 and a (first) Housing 120 associated.
  • This part of the device is completed by a (first) electric drive 122.
  • the "first” is placed in brackets, since, as shown in the third exemplary embodiment shown in FIGS without an associated outlet chamber, all the elements mentioned are only present once, so that a division into the first and second is unnecessary.
  • the device 100 is set up for mixing at least two chemically reactive plastic components.
  • the two different plastic components are injected under pressure into the essentially cylindrical mixing chamber 124 via two component feed openings 126, 126' (not shown in FIG. 1).
  • the control piston 101 is arranged in the mixing chamber 124 to open the component feed openings 126, 126' on the one hand and to close them on the other hand.
  • the control piston 101 is also used to discharge the remaining plastic mixture from the mixing chamber 101.
  • the control piston 101 is linearly movable within the mixing chamber 124. To this end, the control piston 101 is coupled to the electric drive 122 .
  • the electric drive 122 is designed as a servo motor 128 .
  • the servo motor 128 is a Coupling device 130 is connected to the control piston 101 and moves it linearly when the servomotor 128 rotates. A reversal of the direction of rotation causes a reversal of direction of the linear movement.
  • the coupling device 130 comprises the spindle 104 and the spindle nut 106 which work together in a spindle-nut combination.
  • a gear is additionally arranged between the spindle 104 and the servo motor 128 . The rotation of the spindle 104 caused by the servomotor 128 linearly moves the non-rotating spindle nut 106 relative to the spindle 104 .
  • Spindle nut 106 is coupled to control piston 101 via push tube 114 .
  • the bearing device 110 supporting the spindle 104 is arranged between the coupling 108 and the spindle nut 106 .
  • the bearing device 110 is designed as an angular ball bearing that absorbs both axial and radial forces. Depending on the length of the spindle, the number of bearings can be increased. Thus, two bearings are used in the illustrated embodiment.
  • the sealing flange 112 is arranged on the outer circumference of the push tube, which seals against the housing 120 .
  • the mixing chamber 124 in which the control piston 101 is arranged in a reversible manner, is arranged in a head piece 132.
  • the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1 is a deflection mixing head 134 .
  • An outlet chamber 136 is formed in the head piece 132 . This is aligned transversely to the mixing chamber 124 .
  • the cleaning piston 102 is arranged reversibly in the outlet chamber 136 .
  • the structure of the cleaning piston 102 is completed with a (second) spindle 144, a (second) spindle nut 146, a (second) clutch 148, a (second) bearing device 150, a (second) sealing flange 152, a (second) thrust tube 154, a (second) anti-rotation device 156 and a (second) housing 160. Furthermore, this part of the device has a (second) electric drive 162.
  • the structure of the other or second dem Cleaning piston 102 associated elements is analogous to the control piston 101, as already described above.
  • the cleaning piston 102 is also used to discharge remaining plastic mixture from the outlet chamber 136.
  • the cleaning piston 102 is linearly movable within the outlet chamber 136.
  • the cleaning piston 102 is connected to the additional or second electric drive 162 .
  • the electric drive 162 is designed as a servo motor 164 .
  • the servomotor 164 is connected to the cleaning piston 102 via a coupling device 166 and moves it linearly when the servomotor 164 rotates.
  • a reversal of the direction of rotation causes a reversal of direction of the linear movement.
  • the coupling device 166 comprises the spindle 144 and the spindle nut 146 which work together in a spindle-nut combination.
  • a gear is additionally arranged between the spindle 144 and the servo motor 164 .
  • the bearing device 150 supporting the spindle 144 is arranged between the coupling 148 and the spindle nut 146 .
  • the bearing device 150 is designed as an angular ball bearing that absorbs both axial and radial forces.
  • the sealing flange 152 which seals off the housing 160 , is arranged on the outer circumference of the anti-twist device 156 .
  • a mixing head outlet 168 is formed at the end of the outlet chamber 136 . 1 shows both the control piston 101 and the cleaning piston 102 in the closed state, so that the remaining plastic mixture has been discharged both from the mixing chamber 124 and from the outlet chamber 136.
  • FIG. 2 shows a sectional view of a device for mixing at least two chemically reactive plastic components along line CC of FIG. 1 according to the first exemplary embodiment of the present invention.
  • the interaction of the housing 120 and the anti-twist device 116 is clearly visible.
  • FIG. 3 shows a sectional view of a device for mixing at least two chemically reactive plastic components according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • the second exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment shown in FIG. 1 in that it is designed with an inverted spindle 104, 144.
  • the first electric drive 122 is coupled to the first spindle nut 106 via the first clutch 108.
  • the rotating first spindle nut 106 drives the first spindle 104 (linear).
  • the first spindle 104 drives the control piston 101 via the first thrust tube 114 .
  • the second electric drive 162 is coupled to the second spindle nut 146 via the second clutch 148 .
  • the rotating second spindle nut 146 drives the second spindle 144 (linear).
  • the second spindle 144 drives the cleaning piston 102 via the second thrust tube 154 .
  • the push tube can also be formed as a push rod.
  • FIGS. 4 and 5 show a device 100 according to a third embodiment of the present invention.
  • 4 shows a linear mixing head 470.
  • an outlet chamber and the associated cleaning piston are dispensed with here.
  • the head piece 132 are the component feed openings 126, 126', which are perpendicular to the plane of the drawing in FIGS. 1 and 3 and are therefore not shown there, as well as an associated return channel 472, 472'.
  • reversing grooves 474, 474' formed in the control piston 101 also referred to as reversing grooves, a circuit results for the respective chemically reactive plastic component.
  • the first chemically reactive plastic component is supplied via the first component supply opening 126 when the control piston 101 is closed via the first Reversing groove 474 passed to the first return channel 472.
  • a pump not shown, delivers the set quantity of the first chemically reactive plastic component at the predefined pressure.
  • Component feed openings 126, 126' are released and the chemically reactive plastic components flow into the mixing chamber with the pressure already present.
  • a (controllable) nozzle or component feed nozzle can also be arranged in the chamber upstream of the component feed opening 126 .

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Abstract

Vorrichtung (100) zum Mischen von zumindest zwei chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten unter Druck, mit einer Mischkammer (124), in welche die Kunststoffkomponenten über jeweils eine Komponentenzuführöffnung (126, 126') injiziert werden, wobei zum Freigeben und Verschließen der Komponentenzuführöffnungen (126, 126') und zum Austragen von restlichem Kunststoffgemisch innerhalb der Mischkammer (124) ein reversierbarer Steuerkolben (101) angeordnet ist, wobei der Steuerkolben (101) mit einem elektrischen Antrieb (122) verbunden ist. Alternativ kann bei einem Umlenkmischkopf der Reinigungskolben mit einem elektrischen Antrieb gekoppelt sein. Weiterhin wird ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Mischkopfes offenbart.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM MISCHEN VON ZUMINDEST ZWEI CHEMISCH REAKTIVEN KUNSTSTOFFKOMPONENTEN
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Mischen von zumindest zwei chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten unter Druck, mit einer zylindrischen Mischkammer, in welche die Kunststoffkomponenten über jeweils eine Komponentenzuführöffnung injiziert werden, wobei zum Freigeben und Verschließen der Komponentenzuführöffnungen und zum Austragen von restlichem Kunststoffgemisch innerhalb der Mischkammer ein reversierbarer Steuerkolben angeordnet ist.
Stand der Technik
Gattungsgemäße Mischköpfe sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 195 15 039 Al eine Vorrichtung zum Mischen von wenigstens zwei chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten unter hohem Druck, mit einer zylindrischen Mischkammer, in welche die Komponenten injiziert werden, wobei zum Austragen von restlichem Kunststoffgemisch innerhalb der Mischkammer ein reversierbarer Kolben angeordnet ist. Auch weist die Vorrichtung eine zylindrische Auslaufkammer, auch bezeichnet als Beruhigungskammer oder Auslaufkanal, auf, welche sich an die Mischkammer anschließt und in einem Winkel von vorzugsweise 90° zur Längsachse der Mischkammer verläuft, wobei in der Beruhigungskammer ein reversierbarer Reinigungskolben zum Austragen des reaktiven Kunststoffgemisches aus der Beruhigungskammer angeordnet ist. Der Reinigungskolben hat auf seiner zylindrischen Mantelfläche Vertiefungen ausgebildet, die mit Abstandsmaterial gefüllt und auf der Mantelfläche wendeiförmig angeordnet sind, sodass bei einer axialen Bewegung des Reinigungskolbens dieser in Drehung versetzt wird.
DE 36 29 042 CI beschreibt einen Mischkopf zum Herstellen eines chemisch reagierenden Gemisches aus mindestens zwei Komponenten, insbesondere eines zu Polyurethan ausreagierenden Gemisches aus Isocyanat und Polyol, der eine Bohrung mit einem axial verschiebbaren Stößel und in der Wandung der Bohrung zur Bildung einer Mischkammer zwei Düsen zum Zuführen der Komponenten aufweist. Der Stößel fördert das hergestellte Gemisch aus der Bohrung. Der axial verschiebbare Stößel hat einen zylindrischen Querschnitt und ist mit einem Rotationsantrieb gekoppelt. Der Axial verschiebbare Stößel kann auch mit einem um seine Achse oszillierenden Antrieb gekoppelt sein. Falls der axial verschiebbare Stößel einen prismatischen Querschnitt hat, ist er mit einem in axialer Richtung des Stößels oszillierenden Antrieb gekoppelt.
Sowohl Steuerkolben als auch Reinigungskolben werden bei den bekannten Lösungen hydraulisch betrieben. Damit lassen sich diese einfach in eine vordefinierte Endposition verfahren, wobei jede Änderung der Endposition einen Umbau an der Maschine verursacht. Auch erfordert die Hydraulik zusätzliche Komponenten, um den nötigen Hydraulikdruck aufzubauen und vorzuhalten.
Beschreibung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, mit der eine flexible Fertigung mit reaktiven Kunststoffkomponenten ermöglicht wird und die die bekannten Herausforderungen löst oder verbessert.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Mischen von zumindest zwei chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten unter Druck weist eine zylindrische Mischkammer, in welche die Kunststoffkomponenten über jeweils eine Komponentenzuführöffnung injiziert werden auf. Zum Freigeben und Verschließen der Komponentenzuführöffnungen und zum Austragen von restlichem Kunststoffgemisch ist innerhalb der Mischkammer ein reversierbarer Steuerkolben angeordnet. Der Steuerkolben ist mit einem elektrischen Antrieb - mechanisch - verbunden. Eine Bewegung des elektrischen Antriebs bewirkt somit eine Bewegung des Steuerkolbens. Unter einer Komponentenzuführöffnung kann auch eine Komponentendüse oder eine Impfbohrung verstanden werden. Durch eine erste Komponentenzuführöffnung wird eine erste chemisch reaktive Kunststoffkomponente unter Druck der Mischkammer zugeführt, durch eine zweite Komponentenzuführöffnung wird eine zweite chemisch reaktive Kunststoffkomponente unter Druck der Mischkammer zugeführt. In der Mischkammer vermischen sich die beiden unter Druck zugeführten Kunststoffkomponenten. Der Steuerkolben ist eingerichtet, die beiden Komponentenzuführöffnungen zu verschließen und gleichzeitig freizugeben, sodass die beiden Kunststoffkomponenten in die Mischkammer einströmen (können). Der Steuerkolben bewegt sich linear in der Mischkammer. Bei dem elektrischen Antrieb kann es sich beispielsweise um einen Elektromotor, einen elektro-magnetischen Antrieb oder einen Linearmotor handeln.
Der Steuerkolben ist mit dem elektrischen Antrieb gekoppelt, beispielsweise direkt (Direktantrieb), über ein Getriebe, einen Riemengetriebe (Riemen oder Kette), Kegelradgetriebe und/oder über eine Kupplung. Die Motorwelle kann optional auch einstückig mit den nachgelagerten Kopplungselementen wie einer Spindel ausgebildet sein.
Die Mischkammer ist derart ausgeformt, dass der Steuerkolben darin linear bewegt werden kann. So entspricht eine Innenkontur der Mischkammer einer Außenkontur des Steuerkolbens. Unter einer zylindrischen Mischkammer soll eine einem allgemeinen Zylinder entsprechende Form verstanden werden, also nicht nur ein Kreiszylinder mit einem Kreis als Grundfläche. Auch andere geometrische Formen wie Rechteck oder Vielecke aber auch freie geschlossene Kurven als die Grundfläche Umgebende sind denkbar.
Durch den Einsatz eines elektrischen Antriebs kann die Ansteuerung der Vorrichtung vereinfacht werden und somit einfacher auf Änderungen in der Produktion reagiert werden.
Dabei kann der elektrische Antrieb ausgebildet sein, eine Rotationsbewegung zu erzeugen. Der elektrische Antrieb kann über eine Kopplungseinrichtung mit dem Steuerkolben verbunden sein. So kann also die Kopplungseinrichtung den elektrischen Antrieb mit dem Steuerkolben koppeln, wobei der elektrische Antrieb eine Rotationsbewegung ausführt und der Steuerkolben eine Linearbewegung ausführt. Die Kopplungseinrichtung ist ausgebildet, die Rotationsbewegung des elektrischen Antriebs in eine Linearbewegung des Steuerkolbens umzusetzen. Die Kopplungseinrichtung kann eine Spindel oder eine Zahnstange aufweisen. So kann ein weit verbreiteter elektrischer Motor als elektrischer Antrieb zum Antreiben des sich linear bewegenden Steuerkolbens genutzt werden.
Die Kopplungseinrichtung kann als eine Spindel-Mutter-Kombination mit oder ohne Selbsthemmung ausgebildet sein. Die relative Bewegung des Steuerkolbens zur Vorrichtung kann durch eine relative Verdrehung von Spindel und Spindelmutter erfolgen. Dabei kann entweder die Spindel oder die Spindelmutter von dem elektrischen Antrieb drehangetrieben sein.
Dadurch, dass eine Spindel-Mutter-Kombination, bzw. Spindel-Spindelmutter-Kombination, verwendet wird, insbesondere wenn diese eine Selbsthemmung besitzt, ist eine sehr gute Kontrolle über alle Bewegungen des Steuerkolbens gegeben. Im Gegensatz zu hydraulisch angetriebenen Steuerkolben muss bei geringer werdender Gegenkraft kein Vorschnellen des Steuerkolbens befürchtet werden. Vielmehr setzt der elektrisch betriebene Steuerkolben seinen Weg kraftunabhängig kontrolliert weiter fort. Durch die relative Rotation von Spindel und Spindelmutter wird eine Rotationsbewegung des elektrischen Antriebs in eine Linearbewegung - des Steuerkolbens - umgewandelt.
Zwischen dem elektrischen Antrieb und dem motorisch angetriebenen Teil der Spindel-Mutter- Kombination kann ein Getriebe angeordnet sein. Mit solch einem Getriebe lässt sich die Krafteinwirkung auf den Steuerkolben je nach Antriebsleistung des elektrischen Antriebs in einem gewünschten Bereich erzeugen.
Dabei kann der elektrische Antrieb als Servomotor oder Schrittmotor ausgebildet sein. Der elektrische Antrieb kann über eine Kupplung mit einer Spindel verbunden sein und die Spindel in eine Rotationsbewegung versetzen. Die Spindel kann eine Spindelmutter antreiben. Durch eine Rotationsbewegung der Spindel kann die Spindelmutter entlang der Spindel (linear) bewegt werden. Die Rotationsrichtung beeinflusst damit die Bewegungsrichtung der Spindelmutter. Die Spindelmutter kann über ein Schubrohr mit dem Steuerkolben verbunden sein. So kann die Spindelmutter mit dem Schubrohr gekoppelt sein und das Schubrohr kann mit dem Steuerkolben gekoppelt sein.
Eine Lagereinrichtung kann die Spindel lagern. Die Lagereinrichtung kann zwischen der Kupplung und der Spindelmutter angeordnet sein. Die Lagereinrichtung kann als Schrägkugellager ausgeformt sein. Die Lagereinrichtung kann axial abstützen und ergänzend oder alternativ radial abstützen. So kann die Lagereinrichtung Axiallager, Radiallager, Radiaxlager und/oder Linearlager aufweisen. Die Lagereinrichtung kann eine Anzahl von Lagern wie Gleitlager oder Wälzlager, insbesondere mit Kugeln, Zylinder, Nadeln, Tonnen oder Kegel als Wälzkörper, also Kugellager, Rollenlager, Walzenlager, Nadellager, aufweisen.
Alternativ kann die Spindel als invertierte Spindel ausgeformt sein. Dabei kann der elektrische Antrieb über eine Kupplung mit einer Spindelmutter verbunden sein, die die Spindel antreibt. Die Spindel kann mit einem mit dem Steuerkolben gekoppelten Schubrohr verbunden sein.
Es kann eine Lagereinrichtung vorgesehen sein, die die Spindelmutter lagert. Die die Spindelmutter lagernde Lagereinrichtung kann als Schrägkugellager ausgeformt sein. Die Lagereinrichtung kann axial abstützen und ergänzend oder alternativ radial abstützen. So kann die Lagereinrichtung Axiallager, Radiallager, Radiaxlager und/oder Linearlager aufweisen. Die Lagereinrichtung kann eine Anzahl von Lagern wie Gleitlager oder Wälzlager, insbesondere mit Kugeln, Zylinder, Nadeln, Tonnen oder Kegel als Wälzkörper, also Kugellager, Rollenlager, Walzenlager, Nadellager, aufweisen.
Die Vorrichtung kann auch als Umlenkmischkopf ausgebildet sein. Dabei ist zusätzlich ein Reinigungskolben vorgesehen. Eine zylindrische Auslaufkammer schließt sich an die Mischkammer an. In der Auslaufkammer, teilweise auch als Beruhigungskammer bezeichnet, ist der reversierbare Reinigungskolben zum Austragen des reaktiven Kunststoffgemisches aus der Auslaufkammer angeordnet. Bevorzugt sind der Steuerkolben und der Reinigungskolben quer zueinander angeordnet, insbesondere wenn die Auslaufkammer in einem Winkel von 90° zur Längsachse der Mischkammer verläuft. Die Anordnung im rechten Winkel, bzw. quer zueinander, stellt eine in der Praxis erprobte Anordnung dar. Auch eine Y-Anordnung oder eine Anordnung in einem Winkelbereich von +/- 30° zum rechten Winkel stellen mögliche Anordnungen dar.
Der Reinigungskolben kann analog oder alternativ zum Steuerkolben elektrisch angetrieben sein, wie dies oben bereits für den Steuerkolben dargestellt ist. So kann der Reinigungskolben mit einem - weiteren - elektrischen Antrieb gekoppelt sein. Der Reinigungskolben ist eingerichtet, eine Linearbewegung in der Auslaufkammer auszuführen. So kann eine weitere Spindel-Mutter-Kombination vorgesehen sein, über welche der Reinigungskolben von dem weiteren elektrischen Antrieb angetrieben wird. So können ein (erstes) Schubrohr mit dem Steuerkolben und ein weiteres (zweites) Schubrohr mit dem Reinigungskolben gekoppelt sein. Eine Drehrichtung des elektrischen Antriebs bewirkt, wie oben detailliert beschrieben, jeweils eine lineare Bewegungsrichtung des Steuerkolbens respektive des Reinigungskolbens. Die Ausführungen zur Anbindung und Lagerung des Steuerkolbens sind auch für den Reinigungskolben entsprechend zutreffend beziehungsweise analog anwendbar. Die erfinderische Idee kann umgesetzt werden, wenn nur der Reinigungskolben oder nur der Steuerkolben oder wenn beide Kolben elektrisch angetrieben sind.
Das dem Steuerkolben zugeordnete Schubrohr kann mit einer Verdrehsicherung ausgestattet sein, welche ein Mitdrehen des Schubrohrs mit der Spindel verhindert. Ebenso kann das dem Reinigungskolben zugeordnete (weitere) Schubrohr mit einer Verdrehsicherung ausgestattet sein, welche ein Mitdrehen des Schubrohrs mit der Spindel verhindert.
Die erfinderische Idee kann auch in einem Verfahren zum Mischen von zumindest zwei Kunststoffkomponenten umgesetzt werden. In eine zylindrische Mischkammer werden die zumindest zwei chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten über jeweils eine Komponentenzuführöffnung unter Druck injiziert. Zum Freigeben und Verschließen der Komponentenzuführöffnungen und zum Austragen von restlichem Kunststoffgemisch ist innerhalb der Mischkammer ein reversierbarer Steuerkolben angeordnet. Der Steuerkolben ist mit einem elektrischen Antrieb verbunden und wird von diesem angetrieben.
Weiterhin kann ein Reinigungskolben vorgesehen sein mit einer zylindrischen Auslaufkammer, welche sich an die Mischkammer anschließt, wobei in der Auslaufkammer der Reinigungskolben zum Austragen des reaktiven Kunststoffgemisches aus der Auslaufkammer angeordnet ist. Der Reinigungskolben ist reversierbar oder mit anderen Worten linear in der Auslaufkammer beweglich. Der Reinigungskolben ist mit einem elektrischen Antrieb verbunden und wird von diesem angetrieben.
Eine aktuelle Position des Reinigungskolbens und ergänzend oder alternativ eine aktuelle Position des Steuerkolbens kann bestimmt werden und somit eine Steuerung des Reinigungskolben und/oder des Steuerkolbens unter Verwendung der jeweiligen bestimmten aktuellen Position erfolgen. Durch die Verwendung der bestimmten Position kann eine Positionsregelung (closed loop) erfolgen. Dadurch ist ein sehr genaues Anfahren der gewünschten Position möglich, da jederzeit eine Soll-Position mit der Ist-Position (d.h. der bestimmten Position) verglichen werden kann. Zur Positionsbestimmung kann ein Messwert erfasst werden, der die aktuelle Position repräsentiert.
Je nach Auslegung der Spindel-Mutter-Kombination in Verbindung mit dem elektrischen Antrieb (Elektromotor) ist bei der Bewegung des Steuerkolbens und/oder des Reinigungskolbens der Kraft-Weg-Verlauf sehr fein zu kontrollieren. Auch lassen sich durch hochauflösende Wegmesseinrichtungen in Verbindung mit der derzeit zur Verfügung stehenden elektrischen Servomotortechnik alle Bewegungsparameter funktionsgenau festlegen und beim Betrieb genau einhalten.
Es kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, welche die elektrischen Antriebe ansteuert und eingerichtet ist, Schritte des hier vorgestellten Verfahrens auszuführen. Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, Steuersignale zum Ansteuern des elektrischen Antriebs oder der elektrischen Antriebe auszugeben. Weiterhin kann Sie eingerichtet sein, Messwerte zur Positionsbestimmung zu empfangen und zu verarbeiten.
Eine Drosselposition des Reinigungskolbens kann über eine Ansteuerung des dem Reinigungskolbens zugeordneten elektrischen Antriebs variiert werden. Die Ansteuerung kann direkt aus der Steuereinrichtung des Reinigungskolbens beziehungsweise des elektrischen Antriebs erfolgen und es ist kein händisches Nachmessen der Drosselposition mehr notwendig. Ein Geschwindigkeitsprofil des Reinigungskolbens und/oder ein Geschwindigkeitsprofil des Steuerkolbens können/kann in Abhängigkeit vom produzierten Bauteil variiert werden.
Der dem Steuerkolben zugeordnete elektrische Antrieb kann derart angesteuert werden, dass der Steuerkolben eine Zwischenposition anfährt, um Umsteuernuten im Steuerkolben durchzuspülen. Die Umsteuernuten werden auch als Rezirkulationsnuten bezeichnet. Die Umsteuernuten dienen dazu, die Kunststoffkomponente von der Komponentenzuführöffnung zu einer Rückführung zu lenken, um die Kunststoffkomponente unter Druck im System bewegen zu können, sodass bei Öffnung der Komponentenzuführöffnung die Kunststoffkomponente ohne Totzeit mit dem gewünschten und eingestellten Druck in die Mischkammer einströmt. In der Zwischenposition können nun Bereiche durchspült werden, die sonst nur selten mit Material durchströmt werden.
Ein Drehmoment und/oder eine Drehgeschwindigkeit und/oder eine elektrische Stromaufnahme des elektrischen Antriebs des Reinigungskolbens und/oder des elektrischen Antriebs des Steuerkolbens oder diese repräsentierende elektrische Signale können/kann überwacht werden. Unter Verwendung der Drehgeschwindigkeit und/oder des Drehmoments und/oder der elektrischen Stromaufnahme kann ein Verschleißparameter zur vorausschauenden Wartung bestimmt werden. Der oder die elektrischen Signale, die das Drehmoment und/oder die Drehgeschwindigkeit und/oder die elektrische Stromaufnahme des elektrischen Antriebs repräsentieren, können auf Einhaltung eines Grenzwertes überwacht werden und bei Überschreiten (oder Unterschreiten) des vordefinierten Grenzwerts kann ein Alarmsignal ausgegeben werden. Dies kann beispielsweise einfach mittels eines Komparators umgesetzt werden. Alternativ kann auch ein Kl-System angelernt und genutzt werden, um eine Information zur vorausschauenden Wartung zu erlangen.
Die vorstehenden Erläuterungen betreffend das Verfahren gelten für die Vorrichtung entsprechend und umgekehrt. Die Steuereinrichtung zur Steuerung der elektrischen Antriebe kann in einer Komponente oder verteilt in mehreren Komponenten ausgeführt sein. Ferner kann die Steuereinrichtung in einen ASIC oder einer vergleichbaren integrierten Schaltung (pC, FPGA, ...) integriert sein. Unter der Steuereinrichtung kann allgemein auch ein Steuergerät verstanden werden. Die hier genannte Steuereinrichtung kann insbesondere als eine Prozessoreinheit und/oder eine zumindest teilweise festverdrahtete oder logische Schaltungsanordnung für die messtechnischen Schritte und Schritte zum Ansteuern der elektrischen Antriebe des beschriebenen Verfahrens ausgeführt sein. Besagte Steuereinrichtung kann jede Art von Prozessor oder Rechner oder Computer mit entsprechend notwendiger Peripherie (Speicher, Input/Output-Schnittstellen, Ein-Ausgabe-Geräte, etc.) sein oder umfassen.
Kurze Figurenbeschreibung
Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren zum Mischen von zumindest zwei chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten soll im Folgenden mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben werden. Die folgende Beschreibung ist aber als rein beispielhaft anzusehen. Die Erfindung ist allein durch den Gegenstand der Ansprüche bestimmt. Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Mischen von zumindest zwei chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Mischen von zumindest zwei chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten entlang der Schnittlinie CC der Fig. 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Mischen von zumindest zwei chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Mischen von zumindest zwei chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine Schnittdarstellung des dritten Ausführungsbeispiels in einer geschlossenen Position; und
Fig. 6 eine Detailvergrößerung der Schnittdarstellung aus Fig.5. Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Detaillierte Beschreibung
Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung 100 zum Mischen von zumindest zwei chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 kann auch als Mischkopfvorrichtung für eine Reaktionsgussmaschine bezeichnet werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 100 als Umlenkmischkopf 134 mit einem Steuerkolben 101 und einem Reinigungskolben 102 dargestellt. Dem Steuerkolben 101 ist eine (erste) Spindel 104, eine (erste) Spindelmutter 106, eine (erste) Kupplung 108, eine (erste) Lagereinrichtung 110, ein (erster) Dichtungsflansch 114, eine (erste) Verdrehsicherung 116 sowie ein (erstes) Gehäuse 120 zugeordnet. Komplettiert wird dieser Teil der Vorrichtung durch einen (ersten) elektrischen Antrieb 122. Das „erste" ist jeweils in Klammern gesetzt, da wie in dem in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel deutlich wird, bei einem Linearmischkopf - ohne Reinigungskolben und ohne zugeordneter Auslaufkammer auch alle genannten Elemente nur einmal vorhanden sind, sodass sich eine Aufteilung in erstes und zweites erübrigt.
Die Vorrichtung 100 ist eingerichtet zum Mischen von zumindest zwei chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten. Über zwei in Fig. 1 nicht dargestellte Komponentenzuführöffnungen 126, 126' werden die zwei verschiedenen Kunststoffkomponenten unter Druck in die im Wesentlichen zylindrische Mischkammer 124 injiziert. Zum Freigeben einerseits und andererseits zum Verschließen der Komponentenzuführöffnungen 126, 126' ist in der Mischkammer 124 der Steuerkolben 101 angeordnet. Der Steuerkolben 101 dient auch zum Austragen von restlichem Kunststoffgemisch aus der Mischkammer 101. Der Steuerkolben 101 ist linear innerhalb der Mischkammer 124 beweglich. Hierzu ist der Steuerkolben 101 mit dem elektrischen Antrieb 122 gekoppelt.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist der elektrische Antrieb 122 als Servomotor 128 ausgebildet. Dieser erzeugt eine Rotationsbewegung. Der Servomotor 128 ist über eine Kopplungseinrichtung 130 mit dem Steuerkolben 101 verbunden und bewegt diesen linear bei einer Rotationsbewegung des Servomotors 128. Die Kopplungseinrichtung 130 ist also ausgebildet, die Rotationsbewegung des elektrischen Antriebs 122 in eine Linearbewegung des Steuerkolbens 101 umzusetzen. Eine Richtungsumkehr der Rotation bewirkt eine Richtungsumkehr der Linearbewegung. Hierzu umfasst die Kopplungseinrichtung 130 die in einer Spindel-Mutter-Kombination zusammen wirkende Spindel 104 und Spindelmutter 106. Der Servomotor 128 ist über die Kupplung 108 mit der der Spindel 104 verbunden. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen Spindel 104 und Servomotor 128 zusätzlich ein Getriebe angeordnet. Durch die durch den Servomotor 128 bewirkte Rotation der Spindel 104 wird die sich nicht drehende Spindelmutter 106 relativ zur Spindel 104 linear bewegt. Die Spindelmutter 106 ist über das Schubrohr 114 mit dem Steuerkolben 101 gekoppelt.
Zwischen der Kupplung 108 und der Spindelmutter 106 ist die die Spindel 104 lagernde Lagereinrichtung 110 angeordnet. Die Lagereinrichtung 110 ist in dem Ausführungsbeispiel als ein sowohl axiale als auch radiale Kräfte aufnehmendes Schrägkugellager ausgebildet. Je nach Länge der Spindel kann die Lageranzahl vergrößert werden. So werden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Lager verwendet.
Am Außenumfang des Schubrohrs ist der Dichtungsflansch 112 angeordnet, der zum Gehäuse 120 hin abdichtet.
Die Mischkammer 124, in der der Steuerkolben 101 reversierbar angeordnet ist, ist in einem Kopfstück 132 angeordnet. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Umlenkmischkopf 134. Im Kopfstück 132 ist eine Auslaufkammer 136 ausgebildet. Diese ist quer zur Mischkammer 124 ausgerichtet. Der Reinigungskolben 102 ist reversibel in der Auslaufkammer 136 angeordnet.
Der Aufbau des Reinigungskolbens 102 wird komplettiert mit einer (zweiten) Spindel 144, eine (zweite) Spindelmutter 146, eine (zweite) Kupplung 148, eine (zweite) Lagereinrichtung 150, ein (zweiter) Dichtungsflansch 152, ein (zweites) Schubrohr 154, eine (zweite) Verdrehsicherung 156 sowie ein (zweites) Gehäuse 160. Weiterhin weist dieser Teil der Vorrichtung einen (zweiten) elektrischen Antrieb 162. Der Aufbau der weiteren, bzw. zweiten dem Reinigungskolben 102 zugeordneten Elemente ist analog zum Steuerkolben 101, wie oben bereits beschrieben.
Der Reinigungskolben 102 dient auch zum Austragen von restlichem Kunststoffgemisch aus der Auslaufkammer 136. Der Reinigungskolben 102 ist linear innerhalb der Auslaufkammer 136 beweglich. Hierzu ist der Reinigungskolben 102 mit dem weiteren oder zweiten elektrischen Antrieb 162 verbunden.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist der elektrische Antrieb 162 als Servomotor 164 ausgebildet. Dieser erzeugt eine Rotationsbewegung. Der Servomotor 164 ist über eine Kopplungseinrichtung 166 mit dem Reinigungskolben 102 verbunden und bewegt diesen linear bei einer Rotationsbewegung des Servomotors 164. Die Kopplungseinrichtung 166 ist also ausgebildet, die Rotationsbewegung des elektrischen Antriebs 162 in eine Linearbewegung des Reinigungskolbens 102 umzusetzen. Eine Richtungsumkehr der Rotation bewirkt eine Richtungsumkehr der Linearbewegung. Hierzu umfasst die Kopplungseinrichtung 166 die in einer Spindel-Mutter-Kombination zusammen wirkende Spindel 144 und Spindelmutter 146. Der Servomotor 164 ist über die Kupplung 148 mit der der Spindel 144 verbunden. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen Spindel 144 und Servomotor 164 zusätzlich ein Getriebe angeordnet. Durch die durch den Servomotor 164 bewirkte Rotation der Spindel 144 wird die sich nicht drehende Spindelmutter 146 relativ zur Spindel 144 linear bewegt. Die Spindelmutter 146 ist über da Schubrohr 154 mit dem Reinigungskolben 102 gekoppelt.
Zwischen der Kupplung 148 und der Spindelmutter 146 ist die die Spindel 144 lagernde Lagereinrichtung 150 angeordnet. Die Lagereinrichtung 150 ist in dem Ausführungsbeispiel als ein sowohl axiale als auch radiale Kräfte aufnehmendes Schrägkugellager ausgebildet.
Am Außenumfang der Verdrehsicherung 156 ist der Dichtungsflansch 152 angeordnet, der zum Gehäuse 160 hin abdichtet.
Am Ende der Auslaufkammer 136 ist ein Mischkopfauslass 168 ausgeformt. Fig. 1 zeigt sowohl den Steuerkolben 101 als auch den Reinigungskolben 102 im geschlossenen Zustand, sodass restliches Kunststoffgemisch sowohl aus der Mischkammer 124 als auch aus der Auslaufkammer 136 ausgetragen wurde.
Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Mischen von zumindest zwei chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten entlang der Schnittlinie CC der Fig. 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gut zu erkennen ist das Zusammenspiel von Gehäuse 120 und Verdrehsicherung 116.
Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Mischen von zumindest zwei chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel durch die Ausführung mit einer invertierten Spindel 104, 144. Der erste elektrische Antrieb 122 ist über die erste Kupplung 108 mit der ersten Spindelmutter 106 gekoppelt. Die rotierende erste Spindelmutter 106 treibt die erste Spindel 104 (linear) an. Die erste Spindel 104 treibt über das erste Schubrohr 114 den Steuerkolben 101 an. Ebenso ist der zweite elektrische Antrieb 162 über die zweite Kupplung 148 mit der zweiten Spindelmutter 146 gekoppelt. Die rotierende zweite Spindelmutter 146 treibt die zweite Spindel 144 (linear) an. Die zweite Spindel 144 treibt über das zweite Schubrohr 154 den Reinigungskolben 102 an. Das Schubrohr kann wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt auch als Schubstange ausgeformt sein.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen eine Vorrichtung 100 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei zeigt Fig. 4 einen Linearmischkopf 470. Im Unterschied zu dem in Fig. 1 und Fig. 3 dargestellten Umlenkmischköpfen wird hierbei auf eine Auslaufkammer und den zugeordneten Reinigungskolben verzichtet. Im Kopfstück 132 sind die in Fig. 1 und Fig. 3 zur Bildebene senkrecht stehenden, und deshalb dort nicht abgebildeten Komponentenzuführöffnungen 126, 126' sowie ein jeweils zugeordneter Rücklaufkanal 472, 472'. Zusammen mit den im Steuerkolben 101 ausgeformten Umsteuernuten 474, 474', auch als Umlenknuten bezeichnet, ergibt sich ein Kreislauf für die jeweilige chemisch reaktive Kunststoffkomponente. Die erste chemisch reaktive Kunststoffkomponente wird über die erste Komponentenzuführöffnung 126 bei geschlossenem Steuerkolben 101 über die erste Umsteuernut 474 zum ersten Rücklaufkanal 472 geleitet. Eine nicht dargestellte Pumpe liefert die eingestellte Menge der ersten chemisch reaktiven Kunststoffkomponente mit dem vordefinierten Druck. Beim Öffnen des Steuerkolbens 101 werden die
Komponentenzuführöffnungen 126, 126' freigegeben und die chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten strömen mit dem bereits anstehenden Druck in die Mischkammer ein. In der der Komponentenzuführöffnung 126 vorgelagerten Kammer kann zusätzlich eine (steuerbare) Düse oder Komponentenzuführdüse angeordnet sein.
Die Ausgestaltung der Umsteuernuten 474, 474' sind in der Detailvergrößerung dieses Bereiches in Fig. 6 besser zu erkennen.
Bezugszeichenliste
100 Vorrichtung, Mischkopf
101 Steuerkolben
102 Reinigungskolben
104 (erste) Spindel
104' invertierte Spindel
106 (erste) Spindelmutter
108 (erste) Kupplung
110 (erstes) Lagereinrichtung
112 (erster) Dichtungsflansch
114 (erstes) Schubrohr
116 (erste) Verdrehsicherung
120 (erstes) Gehäuse
122 (erster) elektrischer Antrieb
124 Mischkammer
126, 126' Komponentenzuführöffnung
128 (erster) Servomotor
130 (erste) Kopplungseinrichtung
132 Kopfstück
134 Umlenkmischkopf
136 Auslaufkammer
144 (weitere/zweite) Spindel
146 (weitere/zweite) Spindelmutter
148 (weitere/zweite) Kupplung
150 (weitere/zweite) Lagereinrichtung
152 (weiterer/zweiter) Dichtungsflansch
154 (weiteres/zweites) Schubrohr
156 (weitere/zweite) Verdrehsicherung 160 (weiteres/zweites) Gehäuse
162 (weiterer/zweiter) elektrischer Antrieb
164 (weiterer/zweiter) Servomotor
166 (weitere/zweite) Kopplungseinrichtung 168 Mischkopfauslass
470 Linearmischkopf
472, 472' Rücklaufkanal
474, 474' Umsteuernuten

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (100) zum Mischen von zumindest zwei chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten unter Druck, mit einer Mischkammer (124), in welche die Kunststoffkomponenten über jeweils eine Komponentenzuführöffnung (126, 126') injiziert werden, wobei zum Freigeben und Verschließen der Komponentenzuführöffnungen (126, 126') und zum Austragen von restlichem Kunststoffgemisch innerhalb der Mischkammer (124) ein reversierbarer Steuerkolben (101) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (101) mit einem elektrischen Antrieb (122) mechanisch verbunden ist, wobei eine Bewegung des elektrischen Antriebs eine lineare Bewegung des Steuerkolbens bewirkt.
2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der elektrische Antrieb (122) ausgebildet ist, eine Rotationsbewegung zu erzeugen, und der elektrische Antrieb (122) über eine Kopplungseinrichtung (130) mit dem Steuerkolben (101) verbunden ist, wobei die Kopplungseinrichtung (130) ausgebildet ist, die Rotationsbewegung des elektrischen Antriebs (122) in eine Linearbewegung des Steuerkolbens (101) umzusetzen.
3. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Antrieb (122) als Servomotor (128) und/oder Schrittmotor ausgebildet ist.
4. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Antrieb (122) mit einer Spindel (104) verbunden ist, die eine Spindelmutter (106) antreibt, die wiederum mit einem mit dem Steuerkolben (101) gekoppelten Schubrohr (114) verbunden ist.
5. Vorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine die Spindel (104) lagernde Lagereinrichtung (110) zwischen der Kupplung (108) und der Spindelmutter (106) angeordnet ist.
6. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Spindel (104) als invertierte Spindel (104') ausgeformt ist.
7. Vorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der elektrische Antrieb (122) mit einer Spindelmutter (106) verbunden ist, die die Spindel (104') antreibt, die wiederum mit einem mit dem Steuerkolben (101) gekoppelten Schubrohr (114) verbunden ist.
8. Vorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Lagereinrichtung (110) vorgesehen ist, die die Spindelmutter (106) lagert.
9. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die als Umlenkmischkopf (134) ausgebildet ist und einen Reinigungskolben (102) aufweist, wobei eine Auslaufkammer (136) sich an die Mischkammer (124) anschließt, und in der Auslaufkammer (136) der Reinigungskolben (102) reversierbar zum Austragen des reaktiven Kunststoffgemisches aus der Auslaufkammer (136) angeordnet ist und der Reinigungskolben (102) mit einem weiteren elektrischen Antrieb (162) gekoppelt ist.
10. Vorrichtung (100) zum Mischen von zumindest zwei chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten unter Druck, mit einer Mischkammer (124), in welche die Kunststoffkomponenten über jeweils eine Komponentenzuführöffnung (126, 126') injiziert werden, wobei zum Freigeben und Verschließen der Komponentenzuführöffnungen (126, 126') und zum Austragen von restlichem Kunststoffgemisch innerhalb der Mischkammer (124) ein reversierbarer Steuerkolben (101) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung (100) als Umlenkmischkopf (134) ausgebildet ist und einen Reinigungskolben (102) aufweist, wobei eine Auslaufkammer (136) sich an die Mischkammer (124) anschließt, und in der Auslaufkammer (136) der Reinigungskolben (102) reversierbar zum Austragen des reaktiven Kunststoffgemisches aus der Auslaufkammer (136) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungskolben (102) mit einem weiteren elektrischen Antrieb (162) gekoppelt ist. Vorrichtung (100) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, bei der der Steuerkolben (101) und der Reinigungskolben (102) quer zueinander angeordnet sind, insbesondere wobei die Auslaufkammer (136) in einem Winkel von 90° zur Längsachse der Mischkammer (124) verläuft. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, mit jeweils einer Verdrehsicherung (116, 156) pro Schubrohr (114, 154), welche ein Mitdrehen des Schubrohrs (114, 154) mit der Spindel (101, 102) verhindert. Verfahren zum Mischen von zumindest zwei chemisch reaktiven Kunststoffkomponenten unter Druck, wobei in einer zylindrischen Mischkammer (124), in welche die Kunststoffkomponenten über jeweils eine Komponentenzuführöffnung (126, 126') injiziert werden, zum Freigeben und Verschließen der Komponentenzuführöffnungen (126, 126') und zum Austragen von restlichem Kunststoffgemisch innerhalb der Mischkammer (124) ein reversierbarer Steuerkolben (101) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (101) mit einem elektrischen Antrieb (122) verbunden ist und von diesem angetrieben wird, wobei eine Bewegung des elektrischen Antriebs eine lineare Bewegung des Steuerkolbens bewirkt. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem ein Reinigungskolben (122) vorgesehen ist mit einer Auslaufkammer (136), welche sich an die Mischkammer (124) anschließt, wobei in der Auslaufkammer (136) ein reversierbarer Reinigungskolben (102) zum Austragen des reaktiven Kunststoffgemisches aus der Auslaufkammer (136) angeordnet ist, wobei zusätzlich oder alternativ zum Steuerkolben (101) der Reinigungskolben (102) mit einem elektrischen Antrieb (162) verbunden ist und von diesem angetrieben wird.
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15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, bei dem eine aktuelle Position des Reinigungskolbens (102) und/oder eine aktuelle Position des Steuerkolbens (101) bestimmt wird und eine Steuerung des Reinigungskolbens (102) und/oder des Steuerkolbens (101) unter Verwendung der jeweiligen bestimmten aktuellen Position erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, bei dem eine Drosselposition des Reinigungskolbens (102) variiert wird über eine Ansteuerung des dem Reinigungskolbens (102) zugeordneten elektrischen Antriebs (162).
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem ein Geschwindigkeitsprofil des Reinigungskolbens (102) und/oder ein Geschwindigkeitsprofil des Steuerkolbens (101) in Abhängigkeit vom produzierten Bauteil variiert werden/wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem der dem Steuerkolben (101) zugeordnete elektrische Antrieb (122) derart angesteuert wird, dass der Steuerkolben (101) eine Zwischenposition anfährt, um Umsteuernuten (474, 474') im Steuerkolben (101) durchzuspülen.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem ein Drehmoment und/oder eine Drehgeschwindigkeit und/oder eine elektrische Stromaufnahme des elektrischen Antriebs (162) des Reinigungskolbens (102) und/oder des elektrischen Antriebs (122) des Steuerkolbens (101) überwacht werden/wird, und unter Verwendung der Drehgeschwindigkeit und/oder des Drehmoments und/oder der elektrischen Stromaufnahme ein Verschleißparameter zur vorausschauenden Wartung bestimmt wird.
20
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