WO1987006154A1 - Dispositif de dosage et de melange de systemes a composants fluides multiples - Google Patents

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WO1987006154A1
WO1987006154A1 PCT/DE1987/000149 DE8700149W WO8706154A1 WO 1987006154 A1 WO1987006154 A1 WO 1987006154A1 DE 8700149 W DE8700149 W DE 8700149W WO 8706154 A1 WO8706154 A1 WO 8706154A1
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pressure
bellows
cylinder
space
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PCT/DE1987/000149
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Inventor
Hans Willi Meinz
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Hans Willi Meinz
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/80—Forming a predetermined ratio of the substances to be mixed
    • B01F35/88—Forming a predetermined ratio of the substances to be mixed by feeding the materials batchwise
    • B01F35/882—Forming a predetermined ratio of the substances to be mixed by feeding the materials batchwise using measuring chambers, e.g. volumetric pumps, for feeding the substances
    • B01F35/8823—Forming a predetermined ratio of the substances to be mixed by feeding the materials batchwise using measuring chambers, e.g. volumetric pumps, for feeding the substances using diaphragms or bellows

Definitions

  • the invention relates to a device for metering and mixing flowable multicomponent systems, in particular polyurethane systems, with at least one cylinder space arranged in a cylinder housing for each component, with one displacement element in each cylinder space, the displacement elements being coupled synchronously with the cycle and conveying, and with a mixing chamber to which the cylinder rooms are connected.
  • a device which is intended for metering two reactive and flowable components via pipes in a mixing chamber.
  • This known device has two pistons coupled to one another, the displacement of which corresponds to the stoichiometric ratio of the substances to be mixed, the two pistons being rigidly connected to one another by a piston rod and arranged in cylinders, the cylinder sections of which lying in front of them in the direction of the working stroke Components are filled.
  • the cylinder containing the less problematic component consists of a commercially available hydraulic cylinder with piston, the cylinder section lying behind the piston in the direction of the working stroke being connectable to a source of higher pressure; the cylinder filled with the more problematic component, on the other hand, contains a piston covered with a rubber-elastic roll membrane, the cylinder section lying behind the piston in the direction of the working stroke being connectable to the atmosphere or a vacuum source.
  • a pneumatic bellows pump is also known, which is used for the continuous delivery or for increasing the pressure of a liquid.
  • This known device has at least two bellows, each in a pump housing, which alternately carry out a suction and pressure stroke, the liquid to be conveyed being inside and compressed gas outside the bellows.
  • the known device is designed only to convey a flowable component. A hydraulic or mechanical coupling of the displacement elements of this pump is not provided.
  • a disadvantage of this known device is that it due to pneumatic pressurization of the bellows a clock-synchronized and conveyor-synchronous coupling of two or more bellows pumps is not permitted.
  • the object of the present invention is now to design a device for metering and mixing flowable multicomponent systems in such a way that they are both the most abrasive, e.g. materials that tend to crystallize, as well as chemically aggressive liquids can be processed, the dosage ratio being able to be changed as desired in a manner known per se.
  • each cylinder space is divided into a component space and a pressure space by the displacement element, and at least one displacement element is designed as a flexible bellows, one end of which is hermetically sealed and supported on the cylinder housing and the other end is closed by a floor.
  • This device thus has two or more displacement elements which are coupled to one another in a clock-synchronized and conveyor-synchronous manner, wherein at least one displacement element consists of a flexible bellows and the other displacement elements can be designed, for example, as conventional pistons.
  • all displacement elements will be designed as bellows, since in most cases they enable much cheaper and more durable designs than conventional pistons and cylinders.
  • the operational readiness or the service life of the device is not affected by corrosion or deposits.
  • the bellows are completely wear-free. Even if deposits form on the surfaces of the bellows during operation, there are no serious malfunctions Furthermore, when using bellows, the cylinder inner surfaces do not need to be machined.
  • the device according to the invention offers many advantages in terms of maintenance and operational safety.
  • the components can be metered batchwise. Depending on the size of the bellows, shot volumes in the order of 50 1 maximum can be achieved.
  • Automatic control of the working and filling stroke is expedient. With automatic control, the component rooms are automatically refilled after each shot from compressed gas-laden storage containers. The filling times are so short with this system concept that they generally do not have a disturbing effect even with large shot volumes.
  • the device according to the invention can implement any desired dosage ratio in any pressure range, since the bellows are only ever loaded by an extremely low differential pressure.
  • the device can be designed such that each component space has almost the same pressure level as the corresponding pressure space.
  • the device can be designed so that the flexible bellows consists of austenitic stainless steel.
  • This embodiment is particularly advantageous when the temperatures of the components to be dosed are high (over 150 ° C), the components are particularly chemically aggressive (e.g. liquid alkali metals) or particularly abrasive (e.g. liquid plastics with mineral fillers).
  • the components are particularly chemically aggressive (e.g. liquid alkali metals) or particularly abrasive (e.g. liquid plastics with mineral fillers).
  • the device can be designed so that the flexible bellows consists of polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the bellows are made of PTFE without cutting from preformed blanks, and the bellows can also be formed with a closed base.
  • PTFE bellows reach 10 to 10 9 cycles. With the same displacement volume, the cost of a PTFE bellows is much lower than that of a stainless steel bellows.
  • the device can be designed such that the flexible bellows consists of an extrusion or injection-blown thermoplastic.
  • the bellows made of thermoplastic materials by extrusion or injection blow molding are characterized by high resistance to many chemicals and by an unrivaled low price compared to all others Bellows embodiments. They can therefore be regarded as cheap disposable parts that can be replaced with little effort, for example to remove component deposits or to change the fixed dosage ratio of the components. As a rule, the bellows will be designed with a closed bottom, so that the displacement element consists of only one component. A two-part version with a separately manufactured base is only recommended if standard bellows are to be used (e.g. for small series).
  • FIG. 1 shows a device in a low-pressure version for discontinuous two-component metering
  • Fig. 2 shows a device in high pressure design for continuous two-component metering.
  • Fig. 1 shows a particularly simple embodiment of the invention, in which the device in two-component design with two axially successively arranged cylinder spaces and each with an associated bellows and a connected mixing chamber and two storage containers for the two components is formed, the metering stroke by pneumatic pressurization of the bellows in the low pressure range.
  • the device shown consists essentially of two axially successively arranged cylinder spaces 1, 2 with bellows 3, 4 located therein, which are firmly connected to one another via a piston rod 5 and which form the cylinder spaces Divide 1,2 into a component space 6,7 and into a pressure space 8,9. Furthermore, the device has two storage containers 12, 13 connected to the component spaces 6, 7 via a check valve 10, 11 as well as a mixing chamber 14 which is connected directly to the component space 6 and to the component space 7 via a check valve 15 and a compressed air line 16.
  • the cylinder spaces 1, 2 are of the same diameter, so that any metering ratio can be achieved by exchanging the bellows 4.
  • the bellows 3, 4 used here are stockable PTFE pointed bellows of the same length with different diameters according to the desired dosage ratio, the bottoms 17, 18 of which are made of sheet steel and the divided steel flanges 19, 20, 21, 22 on the cylinder covers 23, 24 and Floors 17, 18 are fastened by screws, spring elements or resilient elastomer inserts between the steel flange 19, 20, 21, 22 and bellows flange 25, 26, 27, 28 to be used under the screws in order to provide an effective seal between component space 6 , 7 and pressure chamber 8.9.
  • the check valves 10, 11, 15 are designed without spring loading, which enables an extremely low opening pressure. These valves 10, 11, 15 only close under the dead weight of the valve balls 33, 34, 35, which, however, makes a vertical installation absolutely necessary during installation.
  • the components are supplied to the mixing chamber 14 via hose lines 36, 37, 16, two shut-off valves 38, 39 being located on the mixing chamber 14, which are expediently designed as pneumatically actuated piston valves.
  • the pressure level in the pressure rooms 8.9 and the component rooms 6.7 is almost the same in all operating states of the device.
  • this condition is met particularly simply by loading compressed air into the pressure spaces 8, 9 and the storage containers 12, 13, the pressures p 1 and p 3 being kept at a constant pressure level with p 1 ⁇ p 3 and the pressure P 2 raised to p 3 during the working stroke and lowered to p 1 during the filling stroke.
  • the differential pressure between the component spaces 6, 7 and the pressure spaces 8, 9 does not rise to an impermissibly high level.
  • the bellows 4 synchronously conveys the component 42 from the component space 7 via the open check valve 15 into the compressed air line 16, the component 42 supplied to the compressed air 41 being pressed into the mixing chamber 14 by the flowing compressed air 41 and being fed there directly to the mixing chamber 14 Component 40 is mixed.
  • the metering stroke can be interrupted at any time by simultaneously closing the two shut-off valves 38, 39.
  • the component spaces 6, 7 are filled from the storage containers 12, 13 by lowering the pressure p 2 in the pressure spaces 8, 9 to the pressure p 1 , which in the storage containers 12, 13 by compressed air loading via fixed pressure reducers (not shown). is always kept at a constant pressure level. Likewise, the pressure p 3 in the compressed air line 16 leading to the mixing chamber 14 is always kept constant at a fixed pressure level, which is higher than p 1 .
  • Fig. 2 shows a further embodiment of the invention, in which the device is designed in two-component design, each with two displacement elements for each component, which alternately carry out the filling and metering stroke, the metering stroke being carried out by hydraulic pressurization of the displacer elements in the high pressure range.
  • the device shown essentially consists of four individually arranged cylinder spaces 43, 44, 45, 46 with bellows 47, 48, 49.50 located therein, which each separate the cylinder spaces 43, 44, 45, 46 into a component space 51, 52, 53. 54 and divide into a pressure chamber 55,56,57,58.
  • the bellows 47, 48, 49, 50 are coupled to each other hydraulically and synchronously via an electric double-shaft motor 59 and two variable pumps 60, 61, the metering ratio being infinitely adjustable in a known manner.
  • the device according to the invention analogously to the embodiment according to FIG. 1 each has a compressed gas-laden storage container (without illustration) for each component, which is connected to the component rooms 51, 52 and 53, 54 via a positively controlled shut-off valve 66, 67 and 68, 69, respectively, as well as a mixing chamber shown in Fig. 1 (without illustration) , which is also connected to the component rooms 51, 52 and 53, 54 via a positively controlled shut-off valve 70, 71 and 72, 73, respectively.
  • the cylinder spaces 43, 44, 45, 46 with the bellows 47, 48, 49, 50 therein are all of the same size.
  • the bellows 47,48,49,50 used here are made of austenitic stainless steel with welded-in bottoms 74,75,76,77, which provides an optimal seal between the component rooms 51,52,53,54 and the pressure rooms 55,56,57,58 guaranteed.
  • the pressure level on the inside and outside of the bellows 47, 48, 49, 50 is almost the same in all operating states.
  • This condition can be achieved in the hydraulically driven device by a corresponding circuit.
  • the differential pressure between the corresponding component spaces 51, 52, 53, 54 and the associated pressure spaces 55, 56, 57, 58 does not rise to an impermissibly high level. This requirement can be constructively e.g. through the use of.
  • the metering stroke of the first pair of cylinders 43, 45 takes place simultaneously with the filling stroke of the second pair of cylinders 44, 46. Due to a higher stroke speed when filling than when dosing, an overlap, ie simultaneous dosing of both cylinders 43, 44 and 45, 46 of one component, is possible in the end positions, which makes completely pulsation-free continuous dosing possible.
  • the size of the bellows In this exemplary embodiment, 47, 48, 49, 50 is essentially determined by the required discharge rate and by the switching duration and the permissible switching frequency of the positively controlled shut-off valves 66, 67, 68, 69 and 70, 71, 72, 73, respectively.

Description

Vorrichtung zum Dosieren und Mischen von fließfähigen Mehrkomponentensysternen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren und Mischen von fließfähigen Mehrkomponentensystemen, insbesondere Polyurethansystemen, mit mindestens einem in einem Zylindergehäuse angeordneten Zylinderraum für jede Komponente, mit je einem Verdrängerelement in jedem Zylinderraum, wobei die Verdrängerelemente takt- und fördersynchron gekoppelt sind, und mit einer Mischkammer, an die die Zylinderräume angeschlossen sind.
Aus der DE-OS 29 10 798 ist eine Vorrichtung bekannt, die zum Dosieren von zwei reaktions- und fließfähigen Komponenten über Rohrleitungen in einer Mischkammer bestimmt ist. Diese bekannte Vorrichtung weist zwei miteinander gekoppelte Kolben auf, deren Verdrängungsvolumen dem stöchiometrischen Verhältnis der zu vermischenden Stoffe entspricht, wobei die beiden Kolben durch eine Kolbenstange starr miteinander verbunden und in Zylindern angeordnet sind, deren in Richtung des Arbeitshubes vor diesen liegende Zylinderabschnitte mit den Komponenten gefüllt sind. Dabei besteht der die weniger problematische Komponente enthaltende Zylinder aus einem handelsüblichen Hydraulikzylinder mit Kolben, wobei der in Richtung des Arbeitshubes hinter dem Kolben liegende Zylinderabschnitt an eine Quelle höheren Drucks anschließbar ist; der mit der problematischeren Komponente gefüllte Zylinder enthält dagegen einen mit einer gummielastischen Rollmembran belegten Kolben, wobei der in Richtung des Arbeitshubes hinter dem Kolben liegende Zylinderabschnitt mit Atmosphäre oder einer Unterdruckquelle verbindbar ist.
Nachteilig ist bei dieser bekannten Vorrichtung, daß die derzeit verfügbaren Rollmembranen chemisch nicht ausreichend beständig gegen viele gebräuchliche Komponenten sind. Außerdem ergeben sich Abdichtungsschwierigkeiten im Hydraulikzylinder, wenn beide Komponenten aus problematischen Materialien bestehen. Nachteilig ist ferner, daß das fest eingestellte Dosierverhältnis nur mit großem baulichen Aufwand verändert werden kann.
Aus der US-PS 3 524 714 ist ferner eine pneumatische Faltenbalgpumpe bekannt, die zur kontinuierlichen Förderung bzw. zur Druckerhöhung einer Flüssigkeit dient. Diese bekannte Vorrichtung weist mindestens zwei Faltenbälge in jeweils einem Pumpengehäuse auf, die wechselseitig einen Saug- und Druckhub ausführen, wobei sich die zu fördernde Flüssigkeit innerhalb und Druckgas außerhalb der Faltenbälge befindet.
Die bekannte Vorrichtung ist nur zur Förderung einer fließfähigen Komponente ausgebildet. Eine hydraulische oder mechanische Koppelung der Verdrängerelemente dieser Pumpe ist nicht vorgesehen.
Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist zudem, daß sie aufgrund pneumatischer Druckbeaufschlagung der Faltenbäl ge eine takt- und fördersynchrone Koppelung von zwei oder mehr Faltenbalgpumpen nicht zuläßt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zum Dosieren und Mischen von fließfähigen Mehrkomponentensystemen so auszubilden, daß sie bei einfachem Aufbau und geringem Wartungsaufwand sowohl abrasivste, z.B. zur Auskristallisation neigende Materialien, als auch chemisch aggressivste Flüssigkeiten verarbeiten kann, wobei das Dosierverhältnis auf an sich bekannte Art und Weise beliebig verändert werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Zylinderraum durch das Verdrängerelement in einen Komponentenraum und einen Druckraum unterteilt ist, daß mindestens ein Verdrängerelement als flexibler Faltenbalg ausgebildet ist, dessen eines Ende hermetisch dicht verschlossen und an dem Zylindergehäuse abgestützt ist und dessen anderes Ende durch einen Boden verschlossen ist.
Diese Vorrichtung weist also zwei oder mehrere miteinander takt- und fördersynchron gekoppelte Verdrängerelemente auf, wobei mindestens ein Vedrängerelement aus einem flexiblen Faltenbalg besteht und die übrigen Verdrängerelemente z.B. als herkömmliche Kolben ausgebildet sein können. In der Regel wird man jedoch alle Verdrängerelemente als Faltenbälge ausbilden, da sie in den meisten Fällen wesentlich preiswertere und langlebigere Konstruktionen ermöglichen als herkömmliche Kolben und Zylinder. Die Einsatzbereitschaft bzw. die Lebensdauer der Vorrichtung wird weder durch Korrosion noch durch Ablagerungen beeinträchtigt. Die Faltenbälge arbeiten völlig verschleißfrei. Selbst wenn sich während des Betriebes Ablagerungen an den Oberflächen der Faltenbälge bilden sollten, ergeben sich daraus keine gravierenden Funktionsstörun gen. Ferner brauchen bei Verwendung von Faltenbälgen die Zylinderinnenflächen nicht bearbeitet zu werden.
Neben der baulichen Einfachheit bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung viele Vorteile in bezug auf Wartung und Betriebssicherheit. Die Dosierung der Komponenten kann diskontinuierlich erfolgen. Je nach Größe der Faltenbälge können Schußvolumina in der Größenordnung von maximal 50 1 realisiert werden. Die Auffüllzeit (=Füllhub) der Komponentenräume beträgt dabei in Abhängigkeit vom Schußvolumen und der Viskosität der zu dosierenden Komponenten etwa 1 bis 100 Sekunden. Zweckmäßig ist eine automatische Steuerung des Arbeits- und Füllhubes. Bei automatischer Steuerung werden die Komponentenräume selbsttätig nach jedem Schuß aus druckgasbeladenen Vorratsbehältern wieder aufgefüllt. Die Auffüllzeiten sind bei diesem Anlagenkonzept so kurz, daß sie auch bei großen Schußvolumina im allgemeinen nicht störend wirken. Je nach Druckquelle ist ein praktisch pulsationsfreies Dosieren der Komponenten möglich, wobei mindestens ein als Faltenbalg ausgebildetes Verdrängerelement völlig leckagefrei dosiert. Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung jedes gewünschte Dosierverhältnis in jedem Druckbereich realisieren, da die Faltenbälge immer nur durch einen extrem niedrigen Differenzdruck belastet werden. Schließlich ist es zweckmäßig, alle Zylinderräume mit gleich großem Durchmesser auszuführen, weil so problemlos jedes beliebige Dosierverhältnis der Komponenten erzielt werden kann.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, daß jeder Komponentenraum nahezu gleiches Druckniveau aufweist wie der entsprechende Druckraum.
Diese Ausbildung führt dazu, daß unzulässige Verformungen der Faltenbälge vermieden werden. Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, daß der flexible Faltenbalg aus austenitischem Edelstahl besteht.
Diese Ausführungsform ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Temperaturen der zu dosierenden Komponenten hoch sind (über 150º C), die Komponenten chemisch besonders aggressiv (z.B. flüssige Alkalimetalle) oder besonders abrasiv (z.B. flüssige Kunststoffe mit mineralischen Füllstoffen) sind.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, daß der flexible Faltenbalg aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) besteht.
Die chemische Beständigkeit von Polytetrafluoräthylen überragt die aller Elastomere und sonstiger Thermoplaste. Lediglich flüssige Alkalimetalle sowie einige Fluorverbindungen greifen bei höheren Drücken und Temperaturen den Werkstoff PTFE an. Die Herstellung der Faltenbälge aus PTFE erfolgt spanlos aus vorgeformten Rohlingen, wobei man den Balg auch mit einem geschlossenen Boden ausbilden kann. Handelsübliche
PTFE-Faltenbälge erreichen Lastspielzahlen von 10 bis 109. Die Kosten eines Faltenbalges aus PTFE sind bei gleichem Verdrängungsvolumen sehr viel niedriger als die eines Faltenbalges aus Edelstahl.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, daß der flexible Faltenbalg aus einem extrusions- oder spritzgeblasenen thermoplastischen Kunststoff besteht.
Die aus thermoplastischen Kunststoffen durch Extrusions- oder Spritzblasen gefertigten Faltenbälge zeichnen sich durch hohe Beständigkeit gegenüber vielen Chemikalien und durch einen konkurrenzlos niedrigen Preis im Vergleich zu allen anderen Faltenbalg-Ausführungsformen aus. Sie können daher als billige Wegwerfteile angesehen werden, die bei geringem Aufwand ausgetauscht werden können, um z.B. Komponentenablagerungen zu entfernen oder das fest eingestellte Dosierverhältnis der Komponenten zu verändern. In der Regel wird man den Faltenbalg mit einem geschlossenen Boden ausbilden, so daß das Verdrängerelement nur noch aus einem Bauteil besteht. Eine zweiteilige Ausführung mit getrennt hergestelltem Boden empfiehlt sich nur dann, wenn handelsübliche Faltenbälge eingesetzt werden sollen (z.B. für Kleinserien).
Im folgenden Teil der Beschreibung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in zwei Ausführungsbeispielen rein schematisch dargestellt und nachstehend näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung in Niederdruck-Ausführung für eine diskontinuierliche Zweikomponenten-Dosierung,
Fig. 2 eine Vorrichtung in Hochdruck-Ausführung für eine kontinuierliche Zweikomponenten-Dosierung.
Fig. 1 zeigt ein besonders einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung , in der die Vorrichtung in Zweikomponentenausführung mit zwei axial hintereinander angeordneten Zylinderräumen und jeweils einem dazugehörigen Faltenbalg und einer angeschlossenen Mischkammer sowie zwei Vorratsbehältern für die beiden Komponenten ausgebildet ist, wobei der Dosierhub durch pneumatische Druckbeaufschlagung der Faltenbälge im Niederdruckbereich erfolgt.
Die dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei axial hintereinander angeordneten Zylinderräumen 1,2 mit darin befindlichen Faltenbälgen 3,4, die über eine Kolbenstange 5 fest miteinander verbunden sind und die die Zylinderräume 1,2 in jeweils einen Komponentenraum 6,7 und in einen Druckraum 8,9 unterteilen. Weiterhin hat die Vorrichtung zwei über jeweils ein Rückschlagventil 10,11 mit den Komponentenräumen 6,7 verbundene Vorratsbehälter 12,13 sowie eine Mischkammer 14, die an den Komponentenraum 6 direkt und an den Komponentenraum 7 über ein Rückschlagventil 15 und eine Druckluftleitung 16 angeschlossen ist.
Die Zylinderräume 1,2 sind mit gleich großem Durchmesser ausgeführt, so daß durch Austausch des Faltenbalges 4 jedes beliebige Dosierverhältnis erzielt werden kann. Die hier verwendeten Faltenbälge 3,4 sind lagergängige PTFE-Spitzfaltenbälge gleicher Baulänge mit unterschiedlichen Durchmessern entsprechend dem gewünschten Dosierverhältnis, deren Böden 17,18 aus Stahlblech bestehen und die über geteilte Stahlflansche 19,20,21,22 an den Zylinderdeckeln 23,24 und den Böden 17,18 durch Schrauben befestigt sind, wobei unter den Schrauben Federelemente oder federnde Elastomer-Einlagen zwischen Stahlflansch 19,20,21,22 und Faltenbalg-Flansch 25,26, 27,28 zu verwenden sind, um eine wirksame Abdichtung zwischen Komponentenraum 6,7 und Druckraum 8,9 zu erreichen.
Die Kolbenstange 5, die nur durch den Druck p2, der anf ihrer Querschnittsfläche lastet, beansprucht wird, ist entsprechend leicht gebaut und in zwei Kolbenstangenführungen 29,30 aus PTFE gelagert und jeweils durch eine selbstspannende PTFE-Manschettenpackung 31,32 zwischen dem Druckraum 8 bzw. dem Komponentenraum 7 und Atmosphäre abgedichtet.
Die Rückschlagventile 10,11,15 sind ohne Federbelastung ausgeführt, wodurch ein extrem niedriger Öffnungsdruck möglich wird. Diese Ventile 10,11,15 schließen lediglich unter dem Eigengewicht der Ventilkugeln 33,34,35, was beim Einbau allerdings eine senkrechte Einbaulage unbedingt erforderlich macht. Die Komponentenzuführung zur Mischkammer 14 erfolgt über Schlauchleitungen 36,37,16, wobei sich an der Mischkammer 14 zwei Absperrventile 38,39 befinden, die zweckmäßigerweise als pneumatisch betätigte Kolbenschieber ausgebildet sind.
Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es vorteilhaft, wenn das Druckniveau in den Druckräumen 8,9 und den Komponentenräumen 6,7 bei allen Betriebszuständen der Vorrichtung nahezu gleich ist. Diese Bedingung wird bei der Vorrichtung nach der Zeichnung besonders einfach durch Druckluftbeladung der Druckräume 8,9 und der Vorratsbehälter 12,13 erfüllt, wobei die Drücke p1 und p3 mit p1 < p3 auf konstantem Druckniveau gehalten werden und der Druck P2 beim Arbeitshub auf p3 angehoben und beim Füllhub auf p1 abgesenkt wird. Dabei ist zu beachten, daß in den Hubendpunkten der Faltenbälge 3,4 der Differenzdruck zwischen den Komponentenräumen 6,7 und den Druckräumen 8,9 nicht unzulässig hoch ansteigt. Konstruktiv läßt sich diese Forderung mit relativ wenig baulichem Aufwand durch den Einsatz von pneumatischen Steuerventilen (ohne Abb.) realisieren, die z.B. von einem Faltenbalgboden 17,18 oder der Kolbenstange 5 am Hubende mechanisch betätigt werden und daraufhin die Absperrventile 38, 39 schließen bzw. das Druckniveau p2 der Komponentenräume 6,7 bzw. der Druckräume 8,9 auf p3 anheben bzw. auf p1 absenken. Diese Steuerventile verhindern damit sowohl ein völliges Einfahren der Faltenbälge 3,4 auf die sogenannte Blocklänge und ein völliges Ausfahren der Faltenbalgboden 17, 18 gegen die Zylinderdeckel 23,24 als auch unzulässig hohe Differenzdrücke zwischen den Komponentenräumen 6,7 und den Druckräumen 8,9 in den Hubendpunkten.
Der Dosierhub kann beginnen, wenn die beiden Absperrventile 38,39, die sich an der Mischkammer 14 befinden, gleichzeitig geöffnet werden. Da der Druck p1 in den Vorratsbehältern 12,13 kleiner ist als der Druck in den Komponentenräumen 6,7, sind die Rückschlagventile 10,11 geschlossen. Da das Druckniveau in dem Komponentenraum 7 dem in der zur Mischkammer 14 führenden Druckluftleitung 16 entspricht (p2 = p3), ist das Rückschlagventil 15 geöffnet. Durch die geöffneten Absperrventile 38,39 strömen nun die direkt der Mischkammer 14 zugeführte Komponente 40 und die in der Druckluftleitung 16 befindliche Druckluft 41 in die Mischkammer 14. Durch die Verdrängung der Komponente 40 aus dem Komponentenraum 6 setzt sich der Faltenbalg 3 mit der Kolbenstange 5 in Bewegung. Dadurch fördert der Faltenbalg 4 synchron die Komponente 42 aus dem Komponentenraum 7 über das geöffnete Rückschlagventil 15 in die Druckluftleitung 16, wobei die der Druckluft 41 zugeführte Komponente 42 durch die strömende Druckluft 41 in die Mischkammer 14 hineingedrückt und dort mit der direkt der Mischkammer 14 zugeführten Komponente 40 vermischt wird. Der Dosierhub kann durch gleichzeitiges Schließen der beiden Absperrventile 38,39 jederzeit unterbrochen werden.
Das Füllen der Komponentenräume 6,7 erfolgt aus den Vorratsbehältern 12,13 durch Absenken des Druckes p2 in den Druckräumen 8,9 auf den Druck p1, der in den Vorratsbehältern 12,13 durch Druckluftbeladung über fest eingestellte Druckminderer (ohne Abb.) immer auf konstantem Druckniveau gehalten wird. Gleichermaßen wird der Druck p3 in der zur Mischkammer 14 führenden Druckluftleitung 16 auf einem fest eingestellten, im Vergleich zu p1 höheren Druckniveau, immer konstant gehalten. Die Rückschlagventile 10,11 zwischen den Vorratsbehältern 12,13 und den Komponentenräumen 6,7, die aufgrund der während des Dosierhubes bestehenden Druckdifferenz geschlossen waren, öffnen, sobald der Druck p2 in den
Druckräumen 8,9 auf den Druck p1 abgesenkt worden ist. Aufgrund des jetzt entstandenen Differenzdruckes zwischen der zur Mischkammer 14 führenden Druckluftleitung 16 und dem Komponentenraum 7 schließt gleichzeitig das Rückschlagventil 15. Die Komponenten 40 , 42 fließen nun aus den Vorratsbehältern 12 , 13 über die geöffneten Rückschlagventile 10,11 bei nahezu gleichem Druck in die Komponentenräume 6,7. Um die Faltenbälge 3,4 mit der daran befestigten Kolbenstange 5 in den Lagern 29,30 und den Manschettenpackungen 31,32 axial zu bewegen, werden nur extrem niedrige Differenzdrücke (Größenordnung: 0,01 bis 0,1 bar) benötigt, die für die hier verwendeten Faltenbälge 3,4 völlig unschädlich sind. Sobald der maximale Hubendpunkt der Faltenbälge 3,4 erreicht ist, wird der Druck p2 in den Druckräumen 8,9 wieder auf den Arbeitsdruck p2 = p3 erhöht. Gleichzeitig schließen die Rückschlagventile 10,11 zwischen den Vorratsbehältern 12,13 und den Komponentenräumen 6,7 und öffnet das Rückschlagventil 15 zwischen dem Komponentenraum 7 und der Druckluftleitung 16. Die Vorrichtung steht nun für einen neuen Dosierhub zur Verfügung.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, in der die Vorrichtung in Zweikomponentenausführung mit jeweils zwei Verdrängerelementen für jede Komponente ausgebildet ist, die wechselseitig den Füll- und Dosierhub ausführen, wobei der Dosierhub durch hydraulische Druckbeaufschlagung der Verdrängerelemente im Hochdruckbereich erfolgt.
Die dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus vier einzeln angeordneten Zylinderräumen 43,44,45,46 mit darin befindlichen Faltenbälgen 47,48,49,50, die die Zylinderräume 43,44,45,46 in jeweils einen Komponentenraum 51,52,53,54 und in einen Druckraum 55,56,57,58 unterteilen. Die Faltenbälge 47,48,49,50 sind dabei takt- und fördersynchron über einen elektrischen Doppelwellenmotor 59 und zwei Verstellpumpen 60, 61 hydraulisch miteinander gekoppelt, wobei das Dosierverhältnis in bekannter Weise stufenlos eingestellt werden kann. Weiterhin befindet sich zwischen den Druckräumen 55,56,57,58 und den entsprechenden Verstellpumpen 60,61 jeweils ein 3/2-Wegeventil 62,63,64,65, das jeweils von einer zentralen Steuereinheit (ohne Abb.) geschaltet wird. Weiterhin besitzt die Vorrichtung nach der Erfindung analog zur Ausführungsform nach Fig. 1 jeweils einen druckgasbeladenen Vorratsbehälter (ohne Abb.) für jede Komponente, der jeweils über ein zwangsgesteuertes Absperrventil 66,67 bzw. 68,69 mit den Komponentenräumen 51,52 bzw. 53,54 verbunden ist, sowie eine in Fig. 1 dargestellte Mischkammer (ohne Abb.), die ebenfalls über jeweils ein zwangsgesteuertes Absperrventil 70,71 bzw. 72,73 mit den Komponentenräumen 51,52 bzw. 53,54 verbunden ist.
Die Zylinderräume 43,44,45,46 mit den darin befindlichen Faltenbälgen 47,48,49,50 sind alle gleich groß. Die hier verwendeten Faltenbälge 47,48,49,50 bestehen aus austenitischem Edelstahl mit eingeschweißten Böden 74,75,76,77, was eine optimale Abdichtung zwischen den Komponentenräumen 51,52,53,54 und den Druckräumen 55,56,57,58 gewährleistet.
Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es vorteilhaft, wenn das Druckniveau auf der Innen- und Außenseite der Faltenbälge 47,48,49,50 bei allen Betriebszuständen nahezu gleich ist. Diese Bedingung kann bei der hydraulisch angetriebenen Vorrichtung durch eine entsprechende Beschaltung erreicht werden. Insbesondere ist zu beachten, daß in den Hubendpunkten der Faltenbälge 47,48,49,50 der Differenzdruck zwischen den entsprechenden Komponentenräumen 51,52,53,54 und den dazugehörigen Druckräumen 55,56,57,58 nicht unzulässig hoch ansteigt. Konstruktiv läßt sich diese Forderung z.B. durch den Einsatz von. hochdruckfesten induktiven Näherungsschaltern (ohne Abb.) realisieren, die von den Faltenbälgen 47,48,49,50 am Hubende betätigt werden und daraufhin die Absperrventile 66,67,68,69 bzw. 70,71,72,73 schließen.
Der Dosierhub des ersten Zylinderpaares 43,45 erfolgt gleichzeitig mit dem Füllhub des zweiten Zylinderpaares 44,46. Durch eine größere Hubgeschwindigkeit beim Füllen als beim Dosieren ist eine Überdeckung, d.h. gleichzeitiges Dosieren beider Zylinder 43,44 bzw. 45,46 einer Komponente, in den Endlagen möglich, was eine vollkommen pulsationsfreie kontinuierliche Dosierung möglich macht. Die Größe der Faltenbälge 47,48,49,50 wird bei diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen durch die geforderte Austragsleistung sowie durch die Schaltdauer und die zulässige Schalthäufigkeit der zwangsgesteuerten Absperrventile 66,67,68,69 bzw. 70,71,72,73 bestimmt.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Dosieren und Mischen von fließfähigen Mehrkomponentensystemen, insbesondere Polyurethansystemen, mit mindestens einem in einem Zylindergehäuse angeordneten Zylinderraum für jede Komponente, mit je einem Verdrängerelement in jedem Zylinderraum, wobei die Verdrängerelemente takt- und fördersynchron gekoppelt sind, und mit einer Mischkammer, an die die Zylinderräume angeschlossen sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jeder Zylinderraum (1; 43,44 bzw. 2; 45,46) durch das Verdrängerelement (3; 47,48 bzw. 4; 49,50) in einen Komponentenraum (6; 51,52 bzw. 7; 53,54) und einen Druckraum (8; 55,56 bzw. 9; 57,58) unterteilt ist, daß mindestens ein Verdrängerelement (3; 47,48 bzw. 4; 49,50) als flexibler Faltenbalg ausgebildet ist, dessen eines Ende hermetisch dicht verschlossen und an dem Zylindergehäuse (1; 43,44 bzw. 2; 45,46) abgestützt ist und dessen anderes Ende durch einen Boden (17; 74,75 bzw. 18; 76,77) verschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Komponentenraum (6; 51,52 bzw. 7; 53,54) nahezu gleiches Druckniveau aufweist wie der entsprechende Druckraum (8; 55,56 bzw. 9; 57,58).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Faltenbalg (3,4; 47,48,49,50) aus austenitischem Edelstahl besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Faltenbalg (3,4; 47,48,49,50) aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) mit besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Faltenbalg (3,4; 47,48,49,50) aus einem extrusions- oder spritzgeblasenen thermoplastischen Kunststoff besteht.
PCT/DE1987/000149 1986-04-08 1987-04-04 Dispositif de dosage et de melange de systemes a composants fluides multiples WO1987006154A1 (fr)

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