WO2018050482A1 - Vorrichtung und verfahren zur dynamischen dosierung von dichtmassen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur dynamischen dosierung von dichtmassen Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a device for dynamic metering of sealant volumes and a corresponding method.
  • Sealants such as those used in aircraft and spacecraft are usually produced by mixing two components - base and hardener - in a mixing device and then locally, i. E. cured on the component to be coated. The latter can be done thermally and / or by actinic radiation.
  • Fig. 1 An apparatus for this purpose is shown in Fig. 1:
  • the components A and B are initially in separate storage containers.
  • a suitable drive preferably a servo drive, is controlled so that the two components (A and B) are conveyed at a defined speed into a static mixing tube and mixed with one another.
  • the sealing compound thus obtained, not yet fully cured, then leaves the device in the form of a bead.
  • the metering rate ie the volume of sealant applied per unit of time, must be dynamic, i. depending on the position just to be sealed.
  • the base material component - for example, such a polysulfide-based - is compressible, while the hardener component has no compressibility, which with decreasing dosing to a more and more delayed compared to the hardener component release of Base component leads from its reservoir.
  • the device according to the invention for the dynamic metering of sealing compounds has two containers for sealing compound components, a first drive, which is connected to two devices, one of which can convey one of the sealing mass components from its container (conveying devices), a drive control, a mixing unit for mixing the from the containers funded sealant components with an opening for applying the sealant to a component and in addition a reservoir with a compensating volume and a second drive, which is connected to a piston which extends into the compensating volume of the expansion tank, on.
  • the expansion tank is connected to the mixing unit. Through this connection, the expansion tank is filled and emptied.
  • the first and second drives may be dynamically controlled together by the drive controller.
  • a first such device according to the invention is shown in Fig. 2 and in Fig. 3, a second in Fig. 4, but without these figures would be understood to be limiting.
  • a “sealant” is always intended to mean the mixture of two sealant components.
  • the “first drive” can also consist of two drive units to be controlled separately of which the first is connected to the first and the second to the second of the two conveyors (see Fig. 4). According to a preferred embodiment, however, the first drive consists of a single drive unit, which is connected to the two conveyors.
  • the "two containers for sealing compound components” can be storage containers, ie containers which can each be filled with a specific amount of sealing compound component and then sealed (see Fig. 2 and Fig. 3).
  • the "two containers for sealing compound components" can be open containers, ie containers which can each be continuously filled with a sealing compound component (see Fig. 4). Fig. 4).
  • the “mixing unit” may be a static mixer, a dynamic mixer or a combination of both
  • the first and / or second drive is a servo drive, more preferably the first and second drives are each a servo drive.
  • the two conveyors are pistons, one of which in each case one of the containers, which in this case is a reservoir, extends and can push out the corresponding sealing compound component.
  • the two conveyors are pumps which can draw the sealing mass components from their containers by generating a vacuum.
  • screw eccentric pumps and scoop pumps are suitable for this purpose.
  • said containers are open containers which can each be continuously filled with a sealant component (see Fig. 4).
  • the mixing unit is preferably a static mixer, in particular a static mixing tube.
  • the expansion tank is preferably a plastic cartridge or an easy-to-clean component, particularly preferably a plastic cartridge, in particular a polyethylene (PE).
  • the device is a 2K mixing and metering system as described for example by the company Hilger u. Kern (Mannheim, Germany) is produced. These systems make it possible to convey, mix and dose sealing compound consisting of 2 components from storage containers (see Fig. 2 and Fig. 3).
  • the sealant may also be one which essentially cures only after irradiation with actinic radiation, in particular with UV radiation.
  • a sealant has the advantage that its hardening can be initiated in a controlled manner with a trigger (so-called SCOD: sealant curing on demand).
  • the device according to the invention can comprise an integrated source of actinic radiation, in particular for UV radiation.
  • the containers of the device according to the invention are each filled with a sealing compound component (components A and B or base material and hardener).
  • the sealant components are then mixed in a mixing unit and the resulting sealant is applied to a component by the sealing mass components are conveyed out of the containers by means of the first drive.
  • a metering rate of, for example, 1 volume unit sealant / time unit is realized by the conveying speed of the sealant components from the containers to 3 Volume units sealing compound / unit time is reduced and the expansion tank is filled at a rate of 2 volume units sealant / time unit.
  • Fig. 2 shows the device according to the invention at a dosing speed above the critical value.
  • the metering rate is lower than the critical value, which is indicated by a reduction in the thickness of the sealing mass bead.
  • the compensating volume of the expansion tank is filled in this case with sealant.
  • the delivery of the sealing compound components from the containers is preferably stopped and the sealing compound is conveyed from the compensation container by means of the second drive until the sealing compound in the compensation container has been used up.
  • This helps keep the expansion tank empty enough to allow refilling of the surge tank with sealant at a later time.
  • an increase in the dosing speed beyond the maximum value is possible, which would be possible with the device without the surge tank.
  • the present invention relates to a component which has been sealed by means of the method according to the invention, preferably one with a complicated geometry as used in aircraft and spacecraft.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dynamischen Dosierung von Dichtmassevolumina sowie ein entsprechendes Verfahren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zwei Behälter für Dichtmassenkomponenten, einen ersten Antrieb, der mit zwei Einrichtungenverbunden ist, von denen jeweilseine eine der Dichtmassenkomponenten aus ihrem Behälter fördern kann, eine Antriebssteuerung, eine Mischeinheit für das Mischen der aus den Behältern geförderten Dichtmassenkomponenten mit einer Öffnung für das Auftragen der Dichtmasse auf ein Bauteil sowie zusätzlich einen Ausgleichsbehälter mit einem Ausgleichsvolumen und einen zweiten Antrieb, der mit einem Kolben verbunden ist, der in das Ausgleichsvolumen des Ausgleichsbehälter reicht, auf. Dabei ist der Ausgleichsbehälter mit der Mischeinheit verbunden. Der erste und der zweite Antrieb können gemeinsam durch die Antriebssteuerung dynamisch gesteuert werden.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur dynamischen Dosierung von Dichtmassen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dynamischen Dosierung von Dichtmassevolumina sowie ein entsprechendes Verfahren.
Dichtmassen wie sie beispielsweise bei Flug- und Raumfahrzeugen zum Einsatz kommen werden in der Regel durch Mischen zweier Komponenten - Grundmasse und Härter - in einer Mischvorrichtung erzeugt und anschließend vor Ort, d.h. auf dem zu beschichtenden Bauteil ausgehärtet. Letzteres kann thermisch und/oder durch aktinische Strahlung geschehen.
Eine Vorrichtung hierzu ist in Abb. 1 gezeigt: Die Komponenten A und B befinden sich dabei zunächst in separaten Vorratsbehältern. Ein geeigneter Antrieb, vorzugsweise einen Servoantrieb, wird so angesteuert, dass die beiden Komponenten (A und B) mit definierter Geschwindigkeit in ein statisches Mischrohr gefördert und miteinander vermischt werden. Die so erhaltene, noch nicht vollständig ausgehärtete Dichtmasse verlässt die Vorrichtung dann in Form einer Raupe. Bei der Abdichtung von Bauteilen mit komplizierter Geometrie muss die Dosiergeschwindigkeit, also das Dichtmassevolumen, welches pro Zeiteinheit aufgetragen wird, dynamisch, d.h. je nach gerade abzudichtender Stelle, angepasst werden. Man spricht auch von einer dynamischen Dosierung.
Bei letzterer stellt sich allerdings das Problem, dass die Dosiergeschwindigkeit bei Verwendung von Statikmischern nicht beliebig erniedrigt werden kann, ohne dabei das Mischungsverhältnis und die Mischgüte negativ zu beeinflussen.
Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass die Grundmassen-Komponente - beispielsweise eine solche auf Polysulfid-Basis - komprimierbar ist, während die Härter- Komponente keine Komprimierbarkeit aufweist, was mit abnehmender Dosiergeschwindigkeit zu einer im Vergleich zur Härter-Komponente immer weiter verzögerten Freisetzung der Grundmassen-Komponente aus ihrem Vorratsbehälter führt.
Insbesondere bei geringsten Dosiergeschwindigkeiten wie sie für Punktdosierungen benötigt werden treten daher Probleme hinsichtlich eines veränderten Mischungsverhältnis sowie einer verminderten Mischgüte auf. Wird die Fahrgeschwindigkeit einer Traverse mit der oben beschriebenen Vorrichtung erhöht, um einen geringeren Austrag pro Wegstrecke - also eine scheinbar niedrigere Dosiergeschwindigkeit - zu erreichen, geht dies bei komplizierten Geometrien jedoch zu Lasten der Dosiergenauigkeit. Daher war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur dynamischen Dosierung von Dichtmassen sowie ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, bei der bzw. bei dem unabhängig von der Dosiergeschwindigkeit - also auch bei niedrigen Dosiergeschwindigkeiten - eine hinreichende Mischgüte sowie Dosiergenauigkeit erreicht wird. Diese Aufgabe wurde gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 10. Bevorzugte Ausführungsformen werden jeweils in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur dynamischen Dosierung von Dichtmassen weist zwei Behälter für Dichtmassenkomponenten, einen ersten Antrieb, der mit zwei Einrichtungen verbunden ist, von denen jeweils eine eine der Dichtmassenkomponenten aus ihrem Behälter fördern kann (Fördereinrichtungen), eine Antriebssteuerung, eine Mischeinheit für das Mischen der aus den Behältern geförderten Dichtmassenkomponenten mit einer Öffnung für das Auftragen der Dichtmasse auf ein Bauteil sowie zusätzlich einen Ausgleichsbehälter mit einem Ausgleichsvolumen und einen zweiten Antrieb, der mit einem Kolben verbunden ist, der in das Ausgleichsvolumen des Ausgleichsbehälter reicht, auf.
Dabei ist der Ausgleichsbehälter mit der Mischeinheit verbunden. Durch diese Verbindung wird der Ausgleichsbehälter gefüllt und entleert. Der erste und der zweite Antrieb können gemeinsam durch die Antriebssteuerung dynamisch gesteuert werden. Eine erste solche, erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Abb. 2 sowie in Abb. 3, eine zweite in Abb. 4 gezeigt, ohne dass diese Abbildungen allerdings einschränkend zu verstehen wären.
Unter einer „Dichtmasse" soll vorliegend stets die Mischung zweier Dichtmassenkomponenten gemeint sein. Der „erste Antrieb" kann auch aus zwei separat zu steuernden Antriebseinheiten bestehen, von denen die erste mit der ersten und die zweite mit der zweiten der beiden Fördereinrichtungen verbunden ist (vgl. Abb. 4). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der erste Antrieb jedoch aus einer einzigen Antriebseinheit, die mit den beiden Fördereinrichtungen verbunden ist. Einerseits kann es sich bei den „zwei Behältern für Dichtmassenkomponenten" um Vorratsbehälter handeln, d.h. um Behälter, die jeweils mit einer bestimmten Menge an Dichtmassenkomponente befüllt und dann verschlossen werden können (vgl. Abb. 2 und Abb. 3).
Andererseits kann es sich bei den„zwei Behältern für Dichtmassenkomponenten" um offene Behälter handeln, d.h. um Behälter, die jeweils kontinuierlich mit einer Dichtmassenkomponente befüllt werden können (vgl. Abb. 4). Auf diese Weise kann ein ununterbrochener Dichtmassestrom erreicht werden (vgl. Abb. 4).
Bei der„Mischeinheit" kann es sich um einen Statikmischer, einen Dynamikmischer oder eine Kombination von beiden handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten und/oder zweiten Antrieb um einen Servoantrieb, weiter bevorzugt ist der erste und der zweite Antrieb jeweils ein Servoantrieb.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den beiden Fördereinrichtungen um Kolben, von denen je einer in einen der Behälter, bei denen es sich in diesem Fall um Vorratsbehälter handelt, reicht und die entsprechende Dichtmassenkomponente herausschieben kann.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den beiden Fördereinrichtungen um Pumpen, welche durch Erzeugen eines Vakuums die Dichtmassenkomponenten aus ihren Behältern ziehen können. Insbesondere sind hierfür Schneckenexzenterpumpen sowie Schöpfkolbenpumpen geeignet.
Vor allem im Falle von Schneckenexzenterpumpen handelt es sich bei besagten Behältern um offenen Behälter, die jeweils kontinuierlich mit einer Dichtmassenkomponente befüllt werden können (vgl. Abb. 4).
Bevorzugt handelt es sich bei der Mischeinheit um einen Statikmischer, insbesondere um ein statisches Mischrohr. Bei dem Ausgleichsbehälter handelt es sich bevorzugt um eine Kunststoffkartusche oder ein leicht zu reinigendes Bauteil, besonders bevorzugt um eine Kunststoffkartusche, insbesondere um eine solche aus Polyethylen (PE).
Gemäß einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung eine 2K Misch- und Dosieranlage wie sie beispielsweise von der Firma Hilger u. Kern (Mannheim, Deutschland) hergestellt wird. Diese Anlagen ermöglichen es, Dichtmasse bestehend aus 2 Komponenten aus Vorratsbehältern zu fördern, zu mischen und zu dosieren (vgl. Abb. 2 und Abb. 3).
Bei der Dichtmasse kann es sich auch um eine solche handeln, welche im Wesentlichen erst nach Bestrahlung mit aktinischer Strahlung, insbesondere mit UV Strahlung aushärtet. Eine solche Dichtmasse hat den Vorteil, dass ihre Aushärtung kontrolliert mit einem Trigger initiiert werden kann (sog. SCOD: sealant curing on demand). Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann hierzu eine integrierte Quelle für aktinische Strahlung, insbesondere für UV-Strahlung umfassen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur dynamischen Dosierung von Dichtmassen werden die Behälter der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit jeweils einer Dichtmassenkomponente befüllt (Komponenten A und B bzw. Grundmasse und Härter). Die Dichtmassenkomponenten werden dann in einer Mischeinheit gemischt und die resultierende Dichtmasse wird auf ein Bauteil aufgebracht, indem die Dichtmassenkomponenten mittels des ersten Antriebs aus den Behältern gefördert werden.
Dabei wird eine Dosiergeschwindigkeit unterhalb eines kritischen, in der Antriebssteuerung voreingestellten Werts, dadurch realisiert, dass die Fördergeschwindigkeit der Dichtmassenkomponenten aus den Behältern auf den kritischen Wert der Dosiergeschwindigkeit erniedrigt wird und der Ausgleichsbehälter mittels des zweiten Antriebs so mit Dichtmasse befüllt wird, dass die Geschwindigkeit, mit der der Ausgleichbehälter befüllt wird, der Differenz des kritischen und des realisierten Wertes der Dosiergeschwindigkeit entspricht.
Beträgt der kritische Wert der Dosiergeschwindigkeit beispielsweise 3 Volumeneinheiten Dichtmasse/Zeiteinheit, so wird eine Dosiergeschwindigkeit von beispielsweise 1 Volumeneinheit Dichtmasse/Zeiteinheit dadurch realisiert, dass die Fördergeschwindigkeit der Dichtmassenkomponenten aus den Behältern auf 3 Volumeneinheiten Dichtmasse/Zeiteinheit erniedrigt und der Ausgleichsbehälter mit einer Geschwindigkeit von 2 Volumeneinheiten Dichtmasse/Zeiteinheit befüllt wird.
Abb. 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einer Dosiergeschwindigkeit oberhalb des kritischen Werts. In Abb. 3 ist die Dosiergeschwindigkeit hingegen niedriger als der kritische Wert, was durch eine Verringerung der Dicke der Dichtmassenraupe angedeutet ist. Das Ausgleichsvolumen des Ausgleichsbehälters wird in diesem Fall mit Dichtmasse befüllt.
Im Falle des Wiederansteigens der Dosiergeschwindigkeit auf mindestens den kritischen Wert wird die Förderung der Dichtmassenkomponenten aus den Behältern vorzugsweise solange gestoppt und die Dichtmasse mittels des zweiten Antriebs aus dem Ausgleichsbehälter gefördert, bis die Dichtmasse im Ausgleichsbehälter aufgebraucht ist. Dies trägt dazu bei, den Ausgleichsbehälter leer genug zu halten, um zu einem späteren Zeitpunkt ein erneutes Befüllen des Ausgleichsbehälters mit Dichtmasse zu ermöglichen. Alternativ kann dann aber auch weiterhin die Förderung der Dichtmassenkomponenten mittels des ersten Antriebs aus den Behältern erfolgen und gleichzeitig die Dichtmasse mittels des zweiten Antriebs aus dem Ausgleichsbehälter gefördert werden, bis die Dichtmasse im Ausgleichsbehälter aufgebraucht ist. Hierdurch ist eine Erhöhung der Dosiergeschwindigkeit über den Höchstwert hinaus möglich, der mit der Vorrichtung ohne den Ausgleichsbehälter möglich wäre.
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein Bauteil, welches mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens abgedichtet wurde, vorzugsweise ein solches mit komplizierter Geometrie wie es bei Flug- und Raumfahrzeugen zum Einsatz kommt.

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung zur dynamischen Dosierung von Dichtmassen aufweisend
zwei Behälter für Dichtmassenkomponenten,
einen ersten Antrieb, der mit zwei Einrichtungen verbunden ist, von denen jeweils eine eine der Dichtmassenkomponenten aus ihrem Behälter fördern kann, eine Antriebssteuerung,
eine Mischeinheit für das Mischen der aus den Behältern geförderten Dichtmassenkomponenten mit einer Öffnung für das Auftragen der Dichtmasse auf ein Bauteil,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich aufweist
einen Ausgleichsbehälter mit einem Ausgleichsvolumen und
einen zweiten Antrieb, der mit einem Kolben verbunden ist, der in das
Ausgleichsvolumen des Ausgleichsbehälters reicht,
wobei der Ausgleichsbehälter mit der Mischeinheit verbunden ist und wobei der erste und der zweite Antrieb gemeinsam durch die Antriebssteuerung dynamisch gesteuert werden können.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Antrieb jeweils ein Servoantrieb ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den beiden Fördereinrichtungen um Kolben handelt, von denen je einer in einen der Behälter für Dichtmassenkomponenten reicht, und dass es sich bei letzteren um Vorratsbehälter handelt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den beiden Fördereinrichtungen um Pumpen handelt, insbesondere um Schneckenexzenterpumpen oder Schöpfkolbenpumpen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den beiden Fördereinrichtungen um Schneckenexzenterpumpen und bei den Behältern für Dichtmassekomponenten um offenen Behälter handelt, die jeweils kontinuierlich mit einer Dichtmassenkomponente befüllt werden können.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinheit ein Statikmischer ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsbehälter eine Kunststoffkartusche oder ein leicht zu reinigendes Bauteil ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine 2K Misch- und Dosieranlage ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine integrierte Quelle für aktinische Strahlung, umfasst.
10. Verfahren zur dynamischen Dosierung von Dichtmassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit jeweils einer Dichtmassenkomponente befüllt werden, dass die Dichtmassenkomponenten in einer Mischeinheit gemischt werden und dass die resultierende Dichtmasse auf ein Bauteil aufgebracht wird, indem die Dichtmassenkomponenten mittels des ersten Antrieb aus den Behältern gefördert werden, wobei
eine Dosiergeschwindigkeit unterhalb eines kritischen, in der Antriebssteuerung voreingestellten Werts, dadurch realisiert wird, dass die Fördergeschwindigkeit der Dichtmassenkomponenten aus den Behältern auf den kritischen Wert der Dosiergeschwindigkeit erniedrigt wird und
der Ausgleichsbehälter mittels des zweiten Antriebs so mit Dichtmasse befüllt wird, dass die Geschwindigkeit, mit der der Ausgleichbehälter befüllt wird, der Differenz des kritischen und des realisierten Wertes der Dosiergeschwindigkeit entspricht.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle des Wiederansteigens der Dosiergeschwindigkeit auf mindestens den kritischen Wert die Förderung der Dichtmassenkomponenten aus den Behältern solange gestoppt wird und die Dichtmasse mittels des zweiten Antriebs aus dem Ausgleichsbehälter gefördert wird, bis die Dichtmasse im Ausgleichsbehälter aufgebraucht ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle des Wiederansteigens der Dosiergeschwindigkeit auf mindestens den kritischen Wert die Förderung der Dichtmassenkomponenten mittels des ersten Antriebs aus den Behältern und der Dichtmasse mittels des zweiten Antriebs aus dem Ausgleichsbehälter gleichzeitig erfolgt, bis die Dichtmasse im Ausgleichsbehälter aufgebraucht ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Dichtmasse um eine solche handelt, welche im Wesentlichen erst nach Bestrahlung mit aktinischer Strahlung aushärtet.
14. Bauteil, dadurch gekennzeichnet, dass es mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 13 abgedichtet wurde.
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