WO2020249542A1 - Vorrichtung zum herstellen und verarbeiten eines mehrkomponentengemisches und verfahren zum betreiben einer derartigen vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zum herstellen und verarbeiten eines mehrkomponentengemisches und verfahren zum betreiben einer derartigen vorrichtung Download PDF

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WO2020249542A1
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closure element
mixing chamber
hydraulic system
throttle
chamber
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Bernhard ILL
Mario METZLER
Christian SCHWABL
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Henkel Ag & Co. Kgaa
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    • B01F2101/2805—Mixing plastics, polymer material ingredients, monomers or oligomers

Definitions

  • the invention relates to an apparatus for manufacturing and processing a
  • Multi-component mixture with a mixing chamber and a mixing device, wherein the mixing device can have a stirrer arranged in the mixing chamber and driven to rotate about an axis of rotation. It also relates to a method for operating such a device.
  • Multi-component mixture is known in which the mixing chamber can be rinsed by means of water channels let into the chamber wall and can also be tempered.
  • Mixing devices of this type serve to mix several components of a plastic mixture with one another immediately before use and to make them available for processing.
  • the mixing chamber can have an outlet provided with a nozzle through which a strand of the finished mixture can be dispensed in a metered manner and, for example, applied to a surface by means of a robot arm.
  • the problem here is that the opening and closing of the nozzle cause displacement effects in the mixing chamber. These make clean and precise processing of the mixture difficult, for example an optimal coupling between a beginning and an end of a sealing bead.
  • the object of the invention is therefore to provide a device for producing and processing a multi-component mixture with which particularly precise processing and, in particular, particularly precise dispensing of the mixture is possible. Furthermore, a method for operating such a device is to be specified.
  • a device for producing and processing a multicomponent mixture is specified with a mixing chamber which has an outlet, the device having a closure element which can be displaced in the direction of a longitudinal axis L of the mixing chamber in order to open or close the outlet of the mixing chamber close.
  • the size of the axial gap between the closure element and the outlet is preferably in the range from 0.3 mm to 3.5 mm, particularly preferably in a range from 0.5 mm to 1.5 mm, during a metering process. Between metering processes, the size of the axial gap is preferably zero and the mixing chamber is preferably closed.
  • the Device has a device for regulating an axial speed of the
  • Closure element which comprises a hydraulic system in which a hydraulic fluid is guided.
  • the device further comprises a cylinder which is connected to the closure element and which works with a chamber of the hydraulic system or preferably works with a first chamber and a second chamber of the hydraulic system.
  • the device has a controllable throttle gap arranged in the hydraulic system.
  • a nozzle into which the outlet opens is preferably provided.
  • Closure element is preferably provided as a nozzle closure element which can be displaced in the direction of a longitudinal axis L of the mixing chamber in order to clear the nozzle and thus the outlet of the mixing chamber.
  • the hydraulic system is preferably designed as a hydraulic circuit.
  • a double-acting cylinder is preferably used as the cylinder.
  • the closure element can in particular be arranged within the mixing chamber and can be designed, for example, as part of a stirrer of the device which is rotatably arranged on a central shaft.
  • the speed of the stirrer can particularly preferably be set to a value between 1 rpm and 6000 rpm. Very particularly preferably to a value between 800 rpm and 3000 rpm.
  • the pressure in the mixing chamber is preferably in a range between 0.5 bar and 4.0 bar, preferably in a range between 1.5 bar and 3.0 bar.
  • applications can also come into consideration in which the pressure in the mixing chamber is up to 50 bar, so that the mixing chamber is preferably designed and configured to withstand an internal pressure which has a value in a range between 0.5 bar and 50 bar.
  • the device has the advantage that displacement effects when opening and closing the outlet can be minimized by regulating the axial speed of the closing element.
  • an axial movement of the closure element shortly before reaching its end positions, in particular before reaching its
  • the speed control is carried out in a particularly simple manner by means of a hydraulic brake in the form of an adjustable throttle gap.
  • the closure element is designed as part of a stirrer of the device, the preferably double-acting cylinder can be arranged on a drive shaft of the stirrer be.
  • the speed control in particular the throttling of the speed in the case of a power-driven movement of the stirrer, has proven to be particularly advantageous.
  • Pneumatic actuation of the stirrer by means of a pneumatic cylinder for said movement is conceivable here, for example.
  • the time required for the movement of the closure element to close the outlet i.e.
  • the travel time of the closure element from its initial position to reaching the closed position can preferably be lengthened by a factor in the range of 2 to 10 through the throttling. It is conceivable, for example, that the regular movement time of the closure element could be 10 ms without throttling. By throttling, however, an extension could be achieved, for example by a factor of 5 to 50ms, which could have a positive effect on the process.
  • the regular movement time of the closure element could be 10 ms without throttling.
  • an extension could be achieved, for example by a factor of 5 to 50ms, which could have a positive effect on the process.
  • the regular movement time of the closure element could be 10 ms without throttling.
  • an extension could be achieved, for example by a factor of 5 to 50ms, which could have a positive effect on the process.
  • the travel time of the closure element from its initial position to reaching the closed position can preferably be lengthened by a factor in the range of 2 to 10 through the
  • Hydraulic fluid increases and the hydraulic fluid flows through an outlet of this chamber into the hydraulic system, while the pressure of the hydraulic fluid held in the chamber facing the outlet is reduced and hydraulic fluid flows from the hydraulic system into this chamber.
  • the inflow and outflow of hydraulic fluid is throttled depending on the width of the adjustable throttle gap in the hydraulic system.
  • the adjustable throttle gap can in particular be designed to be pneumatically adjustable.
  • a throttle device having the throttle gap can comprise a needle which is axially movable in order to adjust the throttle gap and, for example, to close or release it, the needle being displaceable by a force resulting from a pneumatic pressure and a spring force.
  • a needle loaded by a spring is provided, the preload and arrangement of the spring being selected in particular such that the throttle gap is completely open without a pneumatic pressure working against the spring force. If, however, a pneumatic force acts on the needle against the spring force, the throttle gap is moved towards a closed position.
  • This embodiment has the advantage that the pneumatic regulation can take place very precisely and quickly.
  • the spring of the throttle device can in particular be designed as a wave spring which biases the needle into an open position.
  • a wave spring has the advantage that it requires relatively little space.
  • a spiral spring could also be used, for example.
  • the throttle device has a membrane connected to the needle, via which a pneumatic pressure acts on the needle.
  • the membrane serves in particular to separate the pneumatic circuit from the hydraulic system and enables the needle to be moved into the dry or wet area without leaks between these areas.
  • the membrane can in particular be designed as a metallic disk and clamped in a housing of the throttle device.
  • the use of a plastic material, in particular a fiber-reinforced plastic material, for the membrane is also conceivable.
  • the use of a rubber material, in particular a fluororubber, which is preferably fiber-reinforced has proven to be particularly advantageous. All of these types of membranes can also be clamped in a housing of the throttle device.
  • the hydraulic system can have an expansion tank, on the one hand a
  • the device can comprise a sensor, for example an inductive sensor.
  • the axial position of the closure element can then be used to regulate the speed of the closure element.
  • the device comprises suitable means to the
  • Closure element The device is preferably connected to a computing unit
  • a computing unit connected or comprises such a computing unit, said computing unit comprising an algorithm which calculates the travel speed from the recorded values and compares it with stored setpoint values.
  • the optimal throttle setting for the next movement is in turn calculated from the deviation of the determined actual value from the stored target value using a control algorithm.
  • a constant speed which is preferably identical to the setpoint speed, can be achieved over the entire travel path in this way.
  • a method for operating an apparatus for producing and processing a multicomponent mixture with a mixing chamber specified which has an outlet wherein the device has a closure element which is displaceable in the direction of a longitudinal axis of the mixing chamber in order to open or close the outlet of the mixing chamber.
  • the method comprises the detection of an axial position of the closure element, for example by means of the aforementioned sensor, the determination of a braking requirement of the closure element as a function of its axial position and the setting of a throttle gap in a hydraulic system in such a way that a cylinder connected to the closure element and the a chamber of the hydraulic system works or preferably a first chamber and a second chamber of the hydraulic system works, according to the determined braking requirement of the closure element is hydraulically throttled.
  • a nozzle into which the outlet opens is preferably provided.
  • Closure element is preferably provided as a nozzle closure element which can be displaced in the direction of a longitudinal axis L of the mixing chamber in order to clear the nozzle and thus the outlet of the mixing chamber.
  • the hydraulic system is preferably designed as a hydraulic circuit.
  • the cylinder is preferably a double acting cylinder.
  • a constant speed which is preferably identical to the setpoint speed, can be achieved over the entire travel path by comparing actual values with setpoint values and a subsequent control.
  • the speed of the closure element is preferably set to a value in a range from 10 mm / s to approx. 100 mm / s.
  • the method can also enable the closure element to be braked in the vicinity of its end positions by hydraulic throttling. This allows
  • Displacement effects in the mixing chamber are reduced and the output of mixture from the outlet can be stabilized.
  • the throttle gap is set pneumatically in particular.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a device for producing and processing a multicomponent mixture according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a throttle device for the device according to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a device 1 for producing a multicomponent mixture according to an embodiment of the invention with a mixing chamber 2 and a mixing device 3.
  • the stirrer 4 has the task of actively mixing with one another various components of a multicomponent mixture, which are introduced into the mixing chamber 2 through lines not shown.
  • the multi-component mixture is in particular a plastic.
  • the fully prepared multicomponent mixture can be removed from the mixing chamber 2 through an outlet 15 provided with a nozzle 16.
  • the tip of the stirrer 4 is provided as a closure element for the outlet 15 as a nozzle closure element 10, which is able to close and release the nozzle by moving the stirrer 4 in the axial direction.
  • the area of the mixing chamber 2 which delimits the outlet 15 and which comes into contact with the nozzle closure element 10 is equipped with a circumferential Teflon seal. The size of the axial gap between the
  • the nozzle closure element 10 and the outlet 15 is in the range from 0.5 mm to 1.5 mm during a dosing process.
  • the size of the axial gap is zero between dosing processes and the mixing chamber is closed.
  • the stirrer 4 has an upper end 11 which is connected to a first end 13 of the shaft 12.
  • the shaft 12 is rotatably mounted in a housing 14, which is only partially shown, and has a cylinder 21 which is part of a device 20 for regulating the axial speed of the nozzle closure element 10.
  • a housing 14 which is only partially shown, and has a cylinder 21 which is part of a device 20 for regulating the axial speed of the nozzle closure element 10.
  • a double-acting cylinder 21 is used, which is designed as a hydraulic circuit 24 between a first chamber 22 and a second chamber 23
  • the first chamber 22 has an inlet line 25 and an outlet line 26, which are both parts of the hydraulic circuit 24.
  • the second chamber 23 likewise has an inlet line 25 and an outlet line 26.
  • the inlet lines 25 and the outlet lines 26 are provided with corresponding check valves and are in flow connection with an expansion tank 27 of the hydraulic circuit 24.
  • the expansion tank 27 can have a relatively small volume since the volume of the hydraulic fluid remains constant in principle.
  • a controllable throttle 28 is arranged between the discharge lines 26 and the expansion tank 27. Such a throttle 28 could, however, also be arranged at another point in the hydraulic circuit 24.
  • Thin oil or distilled water for example, can be used as the hydraulic fluid in the hydraulic circuit 24.
  • the axial position of the shaft 12 and thus of the nozzle closure element 10 is determined with a sensor 17 which, in the embodiment shown, is designed as an inductive sensor and measures the distance d to the inclined surface 18.
  • FIG. 2 shows a throttle device 29 forming the throttle 28 with a first housing part 30 and a second housing part 31, between which a membrane 39 is clamped, which separates the throttle device 29 into a chamber 34 and a chamber 40.
  • the chamber 34 forms part of the hydraulic circuit 24 and the chamber 40 forms part of a pneumatic circuit (not shown in detail) for regulating the throttle 28.
  • a needle 35 is arranged, which is movable in the direction of its longitudinal axis I in order to set a throttle gap 33 and, for example, to close or open it.
  • the needle 35 is biased by a wave spring 36 into an open position of the throttle gap 33.
  • a pneumatic force also acts on the needle 35 due to the pressure prevailing in the chamber 40.
  • the needle 35 is connected to the membrane 39, which is clamped between a needle head 37 and a cover 38 of the needle 35 in such a way that the membrane 39 carries the needle 35 with it when it is moved and the needle 35 remains movable in the direction of its longitudinal axis I. .
  • the needle 35 has a seal 42 in order to separate the chambers 34 and 40 from one another in a liquid-tight manner even when the membrane 39 connected to the needle 35 is moved.
  • the pressure in the chamber 40 can be regulated via an inlet 41 for compressed air.
  • the membrane 39 thus serves both to transmit the pneumatic force to the needle 35 and to seal the two chambers 34, 40 against one another.
  • the axial position of the nozzle closure element 10 is measured with the aid of the sensor 17.
  • a braking requirement for the nozzle closure element 10 is determined as a function of this position and as a function of a material output request to the device 1.
  • a pressure is generated in the chamber 40 which, together with the the spring force provided by the wave spring 36 adjusts the throttle gap 33 in order to throttle a movement of the nozzle closure element 10 in the desired manner.
  • Hydraulic fluid is throttled by the throttle 28.
  • the time required for the movement of the nozzle closure element 10 to close the outlet 15 from the initial position of the nozzle closure element can be increased.
  • regular travel times which can for example lie in a range of 8 ms and 20 ms
  • an extension to a travel time of the nozzle closure element 10 to, for example, 50 ms can be made possible.
  • the speed of the closure element can be set to a value in a range from 10mm / s to approx. 100mm / s.
  • the movement of the nozzle closure element 10 can be regulated in such a way that displacement effects within the mixing chamber 2 are minimized and a uniform and controlled output of mixture through the nozzle 16 is ensured.
  • the control also enables the compensation of interfering influences such as changes in the viscosity of the hydraulic fluid depending on the system temperature.

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Abstract

Vorrichtung (1) zum Herstellen und Verarbeiten eines Mehrkomponentengemisches mit einer Mischkammer (2), die einen Auslass (15) aufweist, wobei die Vorrichtung (1) ein Verschlusselement (10) aufweist, das in Richtung einer Längsachse L der Mischkammer (2) verschiebbar ist, um den Auslass (15) der Mischkammer (2) freizugeben oder zu verschließen, wobei die Vorrichtung (1) eine Einrichtung (20) zur Regelung einer axialen Geschwindigkeit des Verschlusselements (10) aufweist, die folgendes umfasst: - einen Hydrauliksystem (24), in dem eine Hydraulikflüssigkeit geführt ist; - einen mit dem Düsenverschlusselement (10) verbundenen Zylinder (21), der mit zumindest einer Kammer (22, 23) des Hydrauliksystems (24) arbeitet und - einen in dem Hydrauliksystem (24) angeordneten regelbaren Drosselspalt (33).

Description

Vorrichtung zum Herstellen und Verarbeiten eines Mehrkomponentengemisches und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen und Verarbeiten eines
Mehrkomponentengemisches mit einer Mischkammer und einer Mischvorrichtung, wobei die Mischvorrichtung einen in der Mischkammer angeordneten, um eine Drehachse drehbar angetriebenen Rührer aufweisen kann. Sie betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung.
Aus der DE 10 2012 103 885 A1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines
Mehrkomponentengemisches bekannt, bei der die Mischkammer mittels in die Kammerwandung eingelassener Wasserkanäle spülbar und zudem temperierbar ist.
Derartige Mischvorrichtungen dienen dazu, mehrere Komponenten eines Kunststoffgemisches unmittelbar vor dem Gebrauch miteinander zu vermischen und für die Verarbeitung zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise kann die Mischkammer einen mit einer Düse versehenen Auslass aufweisen, durch den ein Strang des fertigen Gemisches dosiert ausgegeben und beispielsweise mittels eines Roboterarms auf eine Oberfläche aufgebracht werden kann.
Problematisch ist dabei, dass durch das Öffnen und Verschließen der Düse Verdrängungseffekte in der Mischkammer auftreten. Diese erschweren eine saubere und präzise Verarbeitung des Gemisches, beispielsweise eine optimale Kopplung zwischen einem Anfang und einem Ende einer Dichtraupe.
Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zum Herstellen und Verarbeiten eines Mehrkomponentengemisches anzugeben, mit dem eine besonders präzise Verarbeitung und insbesondere eine besonders präzise Ausgabe des Gemisches möglich ist. Ferner soll ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung angegeben werden.
Diese Aufgabe wird gelöst mit dem Gegenstand der Patentansprüche 1 und 10. Weitere
Ausführungsformen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Herstellen und Verarbeiten eines Mehrkomponentengemisches mit einer Mischkammer angegeben, die einen Auslass aufweist, wobei die Vorrichtung ein Verschlusselement aufweist, das in Richtung einer Längsachse L der Mischkammer verschiebbar ist, um den Auslass der Mischkammer freizugeben oder zu verschließen. Die Größe des axialen Spaltes zwischen dem Verschlusselement und dem Auslass liegt während eines Dosiervorgangs vorzugsweise im Bereich von 0,3mm bis 3,5mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,5mm bis 1 ,5mm. Zwischen Dosiervorgängen ist die Größe des axialen Spaltes vorzugsweise Null und die Mischkammer ist vorzugsweise geschlossen. Die Vorrichtung weist eine Einrichtung zur Regelung einer axialen Geschwindigkeit des
Verschlusselements auf, die ein Hydrauliksystem umfasst, in dem eine Hydraulikflüssigkeit geführt ist. Ferner umfasst die Einrichtung einen mit dem Verschlusselement verbundenen Zylinder, der mit einer Kammer des Hydrauliksystems arbeitet oder vorzugsweise einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer des Hydrauliksystems arbeitet. Zudem weist die Einrichtung einen in dem Hydrauliksystem angeordneten regelbaren Drosselspalt auf.
Vorzugsweise ist eine Düse vorgesehen, in die der Auslass mündet. Dabei ist das
Verschlusselement vorzugsweise als Düsenverschlusselement vorgesehen, das in Richtung einer Längsachse L der Mischkammer verschiebbar ist, um die Düse und somit den Auslass der Mischkammer freizugeben.
Das Hydrauliksystem ist vorzugsweise als Hydraulikkreislauf gestaltet.
Als Zylinder kommt vorzugsweise ein doppelt wirkender Zylinder zum Einsatz.
Das Verschlusselement kann insbesondere innerhalb der Mischkammer angeordnet sein und beispielsweise als Teil eines Rührers der Vorrichtung ausgebildet sein, der auf einer zentralen Welle drehbar angeordnet ist.
Beim Einsatz eines Rührers ist dessen Drehzahl vorzugsweise einstellbar. Besonders bevorzugt lässt sich die Drehzahl des Rührers auf einen Wert zwischen 1 U/min und 6000 U/min einstellen. Ganz besonders bevorzugt auf einen Wert zwischen 800 U/min und 3000 U/min.
Der Druck in der Mischkammer liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,5 bar und 4,0 bar, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1 ,5 bar und 3,0 bar. Es können aber auch Anwendungen in Betracht kommen, bei denen ein Druck in der Mischkammer von bis zu 50bar herrschen, so dass die Mischkammer vorzugsweise derart ausgelegt und gestaltet ist, einem Innendruck standzuhalten, welcher einen Wert aufweist, der in einem Bereich zwischen 0,5 bar und 50 bar liegt.
Die Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass Verdrängungseffekte beim Öffnen und Verschließen des Auslasses durch eine Regelung der axialen Geschwindigkeit des Verschlusselements minimiert werden können. Insbesondere kann eine axiale Bewegung des Verschlusselementes kurz vor dem Erreichen seiner Endstellungen, insbesondere vor dem Erreichen seiner
Schließposition, gebremst werden. Die Geschwindigkeitsregelung erfolgt dabei auf besonders einfache Weise mittels einer hydraulischen Bremse in Form eines regelbaren Drosselspalts. Falls das Verschlusselement als Teil eines Rührers der Vorrichtung ausgebildet ist, kann der vorzugsweise doppelt wirkend gestaltete Zylinder auf einer Antriebswelle des Rührers angeordnet sein. Besonders vorteilhaft hat sich die Geschwindigkeitsregelung, insbesondere die Drosselung der Geschwindigkeit bei einer kraftgetriebenen Bewegung des Rührers erwiesen. Hier ist beispielsweise eine pneumatische Betätigung des Rührers mittels eines Pneumatikzylinders für besagte Bewegung denkbar. Vorzugsweise kann durch die Drosselung die für die Bewegung des Verschlusselementes zum Verschließen des Auslasses notwendige Zeit, also die Verfahrzeit des Verschlusselementes von dessen Anfangsposition bis zum Erreichen der Schließposition, um einen Faktor im Bereich von 2 bis 10 verlängert werden. Denkbar ist beispielsweise, dass die reguläre Verfahrzeit des Verschlusselementes ohne Drosselung bei 10ms liegen könnte. Durch die Drosselung könnte aber eine Verlängerung beispielsweise um den Faktor 5 auf 50ms erreicht werden, was sich positiv auf den Prozess auswirken könnte. Vorzugsweise liegt die
Geschwindigkeit des Verschlusselementes in einem Bereich von 10mm/s bis ca. 100mm/s.
Bewegt sich das Verschlusselement von dem Auslass weg und gibt diesen demnach frei, so wird der Druck der in der entfernt von dem Auslass angeordneten Kammer vorgehaltenen
Hydraulikflüssigkeit erhöht und die Hydraulikflüssigkeit strömt durch einen Auslass dieser Kammer in das Hydrauliksystem, während der Druck der in der dem Auslass zugewandten Kammer vorgehaltenen Hydraulikflüssigkeit verringert und Hydraulikflüssigkeit aus dem Hydrauliksystem in diese Kammer nachströmt. Das Ein- und Ausströmen von Hydraulikflüssigkeit erfolgt dabei gedrosselt abhängig von der Breite des regelbaren Drosselspalts im Hydrauliksystem.
Der regelbare Drosselspalt kann insbesondere pneumatisch regelbar ausgebildet sein.
Insbesondere kann eine den Drosselspalt aufweisende Drosseleinrichtung eine Nadel umfassen, die axial beweglich ist, um den Drosselspalt einzustellen und beispielsweise zu verschließen oder freizugeben, wobei die Nadel durch eine resultierende Kraft aus einem pneumatischen Druck und einer Federkraft verschiebbar ist.
Bei dieser besonders einfachen und robusten Ausführungsform ist eine durch eine Feder belastete Nadel vorgesehen, wobei die Vorspannung und Anordnung der Feder insbesondere derart gewählt wird, dass ohne einen gegen die Federkraft arbeitenden pneumatischen Druck der Drosselspalt vollständig geöffnet ist. Wirkt jedoch entgegen der Federkraft eine pneumatische Kraft auf die Nadel, so wird der Drosselspalt in Richtung einer Schließstellung bewegt.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die pneumatische Regelung sehr genau und schnell erfolgen kann.
Die Feder der Drosseleinrichtung kann insbesondere als Wellenfeder ausgebildet sein, die die Nadel in eine geöffnete Stellung vorspannt. Eine Wellenfeder hat den Vorteil, dass sie verhältnismäßig wenig Bauraum benötigt. Alternativ könnte beispielsweise auch eine Spiralfeder verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Drosseleinrichtung eine mit der Nadel verbundene Membran auf, über die ein Pneumatikdruck auf die Nadel wirkt. Die Membran dient dabei insbesondere zur Trennung des pneumatischen Kreislaufs von dem Hydrauliksystem und ermöglicht eine Verschiebung der Nadel in den trockenen oder in den nassen Bereich, ohne dass es zu Undichtigkeiten zwischen diesen Bereichen kommt. Die Membran kann insbesondere als metallische Scheibe ausgebildet sein und in einem Gehäuse der Drosseleinrichtung geklemmt werden. Denkbar ist auch die Verwendung eines Kunststoffmaterials, insbesondere eines faserverstärkten Kunststoffmaterials für die Membran. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung eine Kautschukmaterials, insbesondere eines Fluorkautschuks herausgestellt, welches bevorzugt faserverstärkt ist. Auch all diese Arten von Membranen können und in einem Gehäuse der Drosseleinrichtung geklemmt werden.
Das Hydrauliksystem kann einen Ausgleichsbehälter aufweisen, der einerseits einen
Volumenausgleich der Hydraulikflüssigkeit ermöglicht und andererseits das Entfernen von Gasblasen aus dem Hydrauliksystem erleichtert.
Zum Erfassen einer axialen Position des Verschlusselements kann die Vorrichtung einen Sensor umfassen, beispielsweise einen induktiven Sensor. Die axiale Position des Verschlusselements kann dann für die Regelung der Geschwindigkeit des Verschlusselements verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung geeignete Mittel, um die
Verfahrensgeschwindigkeit für jede Bewegung des Verschlusselementes zu erfassen oder zu ermitteln, um mittels eines Abgleichs mit hinterlegten Sollwerten eine Regelung der Bewegung des Verschlusselementes zu erreichen. Denkbar ist beispielsweise der Einsatz von technischen Mitteln zur Erfassung des Weges und der dafür benötigten Zeit für jede Bewegung des
Verschlusselementes. Dabei ist die Vorrichtung vorzugsweise an eine Recheneinheit
angeschlossen oder umfasst ein solche Recheneinheit, wobei besagte Recheneinheit einen Algorithmus umfasst, der aus den erfassten Werten die Verfahrgeschwindigkeit errechnet und mit hinterlegten Sollwerten abgleicht. Aus der Abweichung des ermittelten Istwerts vom hinterlegten Sollwert wird wiederum mittels eines Regelalgorithmus die optimale Drosseleinstellung für die nächste Bewegung errechnet. Im Idealfall kann auf diese Art eine konstante Geschwindigkeit, die vorzugsweise identisch mit der Sollgeschwindigkeit ist, über den gesamten Verfahrweg erreicht werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Herstellen und Verarbeiten eines Mehrkomponentengemisches mit einer Mischkammer angegeben, die einen Auslass aufweist, wobei die Vorrichtung ein Verschlusselement aufweist, das in Richtung einer Längsachse der Mischkammer verschiebbar ist, um den Auslass der Mischkammer freizugeben oder zu verschließen. Das Verfahren umfasst die Erfassung einer axialen Position des Verschlusselements, beispielsweise mittels des erwähnten Sensors, das Ermitteln eines Bremsbedarfs des Verschlusselements in Abhängigkeit von dessen axialer Position sowie das Einstellen eines Drosselspalts in einem Hydrauliksystem derart, dass ein mit dem Verschlusselement verbundener Zylinder, der der mit einer Kammer des Hydrauliksystems arbeitet oder vorzugsweise einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer des Hydrauliksystems arbeitet, entsprechend dem ermittelten Bremsbedarf des Verschlusselements hydraulisch gedrosselt wird.
Vorzugsweise ist dabei eine Düse vorgesehen, in die der Auslass mündet. Dabei ist das
Verschlusselement vorzugsweise als Düsenverschlusselement vorgesehen, das in Richtung einer Längsachse L der Mischkammer verschiebbar ist, um die Düse und somit den Auslass der Mischkammer freizugeben.
Das Hydrauliksystem ist vorzugsweise als Hydraulikkreislauf gestaltet.
Der Zylinder ist vorzugsweise ein doppelt wirkender Zylinder.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind geeignete Mittel vorgesehen, um die
Verfahrensgeschwindigkeit für jede Bewegung des Verschlusselementes zu erfassen oder zu ermitteln, um mittels eines Abgleichs mit hinterlegten Sollwerten eine Regelung der Bewegung des Verschlusselementes zu erreichen. Denkbar ist auch hier beispielsweise der Einsatz einer oberhalb beschriebenen technischen Lösung. Im Idealfall kann mittels des Abgleichs von Istwerten mit Sollwerten und eine sich daran anschließende Regelung eine konstante Geschwindigkeit, die vorzugsweise identisch mit der Sollgeschwindigkeit ist, über den gesamten Verfahrweg erreicht werden. Vorzugsweise wird die Geschwindigkeit des Verschlusselementes auf einen Wert in einem Bereich von 10mm/s bis ca. 100mm/s eingestellt.
Alternativ kann Verfahren auch ein Abbremsen des Verschlusselements in der Nähe seiner Endpositionen durch eine hydraulische Drosselung ermöglichen. Dadurch können
Verdrängungseffekte in der Mischkammer verringert und die Ausgabe von Gemisch aus dem Auslass stabilisiert werden.
Die Einstellung des Drosselspalts erfolgt insbesondere pneumatisch.
Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand von schematischen Figuren näher erläutert. Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Herstellen und Verarbeiten eines Mehrkomponentengemisches gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Drosseleinrichtung für die Vorrichtung gemäß Figur 1 .
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Herstellen eines Mehrkomponentengemisches gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Mischkammer 2 sowie einer Mischvorrichtung 3. Die Mischvorrichtung 3 umfasst einen in der Mischkammer 2 angeordneten Rührer 4, der von einer Welle 12 um eine Längsachse L rotierend angetrieben wird. Der Rührer 4 hat die Aufgabe, verschiedene Komponenten eines Mehrkomponentengemisches, die durch nicht gezeigte Leitungen in die Mischkammer 2 eingebracht werden, aktiv miteinander zu mischen. Bei dem Mehrkomponentengemisch handelt es sich insbesondere um einen Kunststoff.
Das fertig zubereitete Mehrkomponentengemisch kann durch einen mit einer Düse 16 versehenen Auslass 15 aus der Mischkammer 2 entnommen werden. In der gezeigten Ausführungsform ist als Verschlusselement für den Auslass 15 die Spitze des Rührers 4 als ein Düsenverschlusselement 10 vorgesehen, welche die Düse zu verschließen und freizugegeben vermag, indem der Rührer 4 in axialer Richtung bewegt wird. Der den Auslass 15 begrenzende Bereich der Mischkammer 2, welcher mit dem Düsenverschlusselement 10 in Kontakt kommt, ist mit einer umlaufenden Teflondichtung ausgestattet. Die Größe des axialen Spaltes zwischen dem
Düsenverschlusselement 10 und dem Auslass 15 liegt während eines Dosiervorgangs im Bereich von 0,5mm bis 1 ,5mm. Zwischen Dosiervorgängen ist die Größe des axialen Spaltes Null und die Mischkammer ist geschlossen.
Der Rührer 4 weist einen oberes Ende 1 1 auf, das mit einem ersten Ende 13 der Welle 12 verbunden ist. Die Welle 12 ist in einem lediglich teilweise dargestellten Gehäuse 14 drehbar gelagert und weist einen Zylinder 21 auf, der Teil einer Einrichtung 20 zur Regelung der axialen Geschwindigkeit des Düsenverschlusselements 10 ist. In der gezeigten bevorzugten
Ausführungsform kommt ein doppelt wirkender Zylinder 21 zum Einsatz, der zwischen einer ersten Kammer 22 und einer zweiten Kammer 23 eines als Hydraulikkreislauf 24 gestalteten
Hydrauliksystems arbeitet. Die erste Kammer 22 weist eine Zulaufleitung 25 und eine Ablaufleitung 26 auf, die beide Teile des Hydraulikkreislaufs 24 sind. Die zweite Kammer 23 weist ebenfalls eine Zulaufleitung 25 eine Ablaufleitung 26 auf. Die Zulaufleitungen 25 und die Ablaufleitungen 26 sind mit entsprechenden Rückschlagventilen versehen und stehen in Fließverbindung mit einem Ausgleichsbehälter 27 des Hydraulikkreislaufs 24. Der Ausgleichsbehälter 27 kann ein relativ kleines Volumen aufweisen, da das Volumen der Hydraulikflüssigkeit prinzipiell konstant bleibt. In der gezeigten Ausführungsform ist zwischen den Ablaufleitungen 26 und dem Ausgleichsbehälter 27 eine regelbare Drossel 28 angeordnet. Eine derartige Drossel 28 könnte jedoch auch an einer anderen Stelle im Hydraulikkreislauf 24 angeordnet sein.
Als Hydraulikflüssigkeit kann in dem Hydraulikkreislauf 24 beispielsweise dünnflüssiges Öl oder destilliertes Wasser verwendet werden.
Die axiale Position der Welle 12 und damit des Düsenverschlusselements 10 wird mit einem Sensor 17 ermittelt, der in der gezeigten Ausführungsform als induktiver Sensor ausgebildet ist und die Distanz d zur schrägen Fläche 18 misst.
Figur 2 zeigt eine die Drossel 28 bildende Drosseleinrichtung 29 mit einem ersten Gehäuseteil 30 und einem zweiten Gehäuseteil 31 , zwischen denen eine Membran 39 geklemmt ist, die die Drosseleinrichtung 29 in eine Kammer 34 und eine Kammer 40 trennt. Dabei bildet die Kammer 34 einen Teil des Hydraulikkreislaufs 24 und die Kammer 40 bildet einen Teil eines nicht näher gezeigten pneumatischen Kreislaufs zur Regelung der Drossel 28.
In der Kammer 34, die über einen Einlass 32 mit dem Hydraulikkreislauf 24 in Verbindung steht, ist eine Nadel 35 angeordnet, die in Richtung ihrer Längsachse I beweglich ist, um einen Drosselspalt 33 einzustellen und beispielsweise zu verschließen oder freizugeben. Die Nadel 35 ist dabei durch eine Wellenfeder 36 in eine geöffnete Stellung des Drosselspalts 33 vorgespannt.
Neben der durch die Wellenfeder 36 ausgeübten Federkraft, die von der gewählten Federsteifigkeit abhängig ist, wirkt auf die Nadel 35 auch eine pneumatische Kraft durch den in der Kammer 40 herrschenden Druck. Dazu steht die Nadel 35 in Verbindung mit der Membran 39, die zwischen einem Nadelkopf 37 und einer Abdeckung 38 der Nadel 35 derart geklemmt ist, dass die Membran 39 bei einer Verschiebung die Nadel 35 mitnimmt und die Nadel 35 in Richtung ihrer Längsachse I beweglich bleibt. Zudem weist die Nadel 35 eine Dichtung 42 auf, um die Kammern 34 und 40 auch bei einer Bewegung der mit der Nadel 35 verbundenen Membran 39 flüssigkeitsdicht voneinander zu trennen. Der Druck in der Kammer 40 ist über einen Einlass 41 für Druckluft regelbar.
Somit dient die Membran 39 sowohl zum Übertragen der pneumatischen Kraft auf die Nadel 35 als auch zum Abdichten der beiden Kammern 34, 40 gegeneinander.
Im Betrieb wird die axiale Position des Düsenverschlusselements 10 mithilfe des Sensors 17 gemessen. Abhängig von dieser Position und abhängig von einer Materialausgabeanforderung an die Vorrichtung 1 wird ein Bremsbedarf für das Düsenverschlusselement 10 ermittelt. Abhängig von dem ermittelten Bremsbedarf wird in der Kammer 40 ein Druck erzeugt, der zusammen mit der durch die Wellenfeder 36 bereitgestellten Federkraft den Drosselspalt 33 einstellt, um eine Bewegung des Düsenverschlusselements 10 in der gewünschten Weise zu drosseln.
Bewegt sich das Düsenverschlusselement 10 in Figur 1 von oben nach unten und demnach in eine Schließstellung, so wird der Druck der Hydraulikflüssigkeit in der ersten Kammer 22 erhöht und strömt über die Ablaufleitungen 26 und über die Drossel 28 in den Ausgleichsbehälter 27.
Gleichzeitig wird der Druck der Hydraulikflüssigkeit in der zweiten Kammer 23 verringert und es strömt Hydraulikflüssigkeit über die Zulaufleitung 25 nach. Der Zu- bzw. Abfluss von
Hydraulikflüssigkeit erfolgt dabei durch die Drossel 28 gedrosselt. Je kleiner der Drosselspalt 33 ist, desto stärker ist eine Bremswirkung auf die axiale Geschwindigkeit des
Düsenverschlusselements 10.
Durch die Drosselung kann die benötigte Zeit für die Bewegung des Düsenverschlusselementes 10 zum Verschließen des Auslasses 15 von der Anfangsposition des Düsenverschlusselementes verlängert werden. Bei regulären Verfahrzeiten, die beispielsweise in einem Bereich von 8ms und 20ms liegen können, kann eine Verlängerung auf eine Verfahrzeit des Düsenverschlusselementes 10 auf beispielsweise 50ms ermöglicht werden. Abhängig vom Weg der Axialbewegung und der Drosselung können Geschwindigkeit des Verschlusselementes auf einen Wert in einem Bereich von 10mm/s bis ca. 100mm/s eingestellt werden.
Auf diese Weise lässt sich die Bewegung des Düsenverschlusselements 10 so regeln, dass Verdrängungseffekte innerhalb der Mischkammer 2 minimiert werden und eine gleichmäßige und kontrollierte Ausgabe von Gemisch durch die Düse 16 sichergestellt ist. Dabei ermöglicht die Regelung auch die Kompensation von Störeinflüssen wie beispielsweise Viskositätsänderungen der Hydraulikflüssigkeit in Abhängigkeit von der Systemtemperatur.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Mischkammer
3 Mischvorrichtung
4 Rührer
10 Düsenverschlusselement
11 oberes Ende
12 Welle
13 erstes Ende
14 Gehäuse
15 Auslass
16 Düse
17 Sensor
18 Fläche
20 Einrichtung
21 Zylinder
22 erste Kammer
23 zweite Kammer
24 Hydraulikkreislauf
25 Zulaufleitung
26 Ablaufleitung
27 Ausgleichsbehälter
28 Drossel
29 Drosseleinrichtung
30 Gehäuseteil
31 Gehäuseteil
32 Einlass
33 Drosselspalt
34 Kammer
35 Nadel
36 Wellenfeder
37 Nadelkopf
38 Abdeckung
39 Membran
40 Kammer
41 Einlass L Drehachse
I Längsachse

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zum Herstellen und Verarbeiten eines Mehrkomponentengemisches mit einer Mischkammer (2), die einen Auslass (15) aufweist, wobei die Vorrichtung (1) ein
Verschlusselement (10) aufweist, das in Richtung einer Längsachse L der Mischkammer (2) verschiebbar ist, um den Auslass (15) der Mischkammer (2) freizugeben oder zu verschließen, wobei die Vorrichtung (1) eine Einrichtung (20) zur Regelung einer axialen Geschwindigkeit des Düsenverschlusselements (10) aufweist, die folgendes umfasst:
- ein Hydrauliksystem (24), in dem eine Hydraulikflüssigkeit geführt ist;
- einen mit dem Düsenverschlusselement (10) verbundenen Zylinder (21), der mit zumindest einer Kammer (22, 23) des Hydrauliksystems (24) arbeitet und
- einen in dem Hydrauliksystem (24) angeordneten regelbaren Drosselspalt (33).
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 ,
wobei der Zylinder (21) auf einer Antriebswelle (12) des Verschlusselements (10) angeordnet ist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei der regelbare Drosselspalt (33) pneumatisch regelbar ausgebildet ist.
4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3,
wobei eine den Drosselspalt (33) aufweisende Drosseleinrichtung (29) eine Nadel (35) umfasst, die axial beweglich ist, um einen Drosselspalt (33) einzustellen wobei die Nadel (35) durch eine resultierende Kraft aus einem pneumatischen Druck und einer Federkraft verschiebbar ist.
5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4,
wobei die Drosseleinrichtung (29) eine Wellenfeder (36) umfasst, die die Nadel (35) in eine geöffnete Stellung vorspannt.
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5,
wobei die Drosseleinrichtung (29) eine mit der Nadel (35) verbundene Membran (39) aufweist, über die ein Pneumatikdruck auf die Nadel (35) wirkt.
7. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei das Hydrauliksystem (24) einen Ausgleichsbehälter (27) aufweist.
8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei die Vorrichtung (1) einen Sensor (17) zur Erfassung einer axialen Position des
Verschlusselements (10) umfasst.
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei das Verschlusselement (10) als Teil eines Rührers (4) der Vorrichtung (1) ausgebildet ist.
10. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (1) zum Herstellen und Verarbeiten eines Mehrkomponentengemisches mit einer Mischkammer (2), die einen Auslass (15) aufweist, wobei die Vorrichtung (1) ein Verschlusselement (10) aufweist, das in Richtung einer Längsachse L der Mischkammer (2) verschiebbar ist, um den Auslass (15) der Mischkammer (2) freizugeben oder zu verschließen,
wobei das Verfahren folgendes umfasst:
- Erfassung einer axialen Position des Verschlusselements (10);
- Ermitteln eines Bremsbedarfs des Verschlusselements (10),
- Einstellen eines Drosselspaltes (33) in einem Hydrauliksystems (24) derart, dass ein mit dem Verschlusselement (10) verbundener Zylinder (21), der mit zumindest einer Kammer (22,23) des Hydrauliksystems (24) arbeitet entsprechend dem ermittelten Bremsbedarf des
Verschlusselements (10) hydraulisch gedrosselt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
wobei die Einstellung des Drosselspaltes (33) pneumatisch erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 ,
wobei die Erfassung einer axialen Position des Verschlusselements (10) mittels eines induktiven Sensors (17) erfolgt.
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