DE102004024856B4

DE102004024856B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermischen von mehrkomponentigen Medien

Info

Publication number: DE102004024856B4
Application number: DE102004024856A
Authority: DE
Inventors: Gilbert Lutz
Original assignee: J Wagner AG
Current assignee: J Wagner AG
Priority date: 2004-05-19
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2024-05-20
Also published as: DE102004024856A1

Abstract

Verfahren zum Vermischen von zwei oder mehreren Medien (M1, M2) miteinander zu einem auf einem Werkstück aufzutragenden Werkstoff (W), wobei die Medien (M1, M2) dosiert in eine Mischkammer (11) einbringbar und als Werkstoff (W) aus dieser unmittelbar oder über Zwischenglieder (9) einem Arbeitsgerät (10) zuführbar sind und wobei eines der Medien (M1) kontinuierlich oder portionsweise im Takt der Mischkammer (11) zugeführt wird und mit nahezu gleichmäßiger Fließgeschwindigkeit in dieser strömt, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Medium (M2) oder weitere Medien mit einer gegenüber dem in der Mischkammer (11) kontinuierlich strömenden Medium (M1) höheren Fließgeschwindigkeit, gesteuert und impulsweise in die Mischkammer (11) eingespritzt werden und die Fließgeschwindigkeit des kontinuierlich in der Mischkammer (11) strömenden Mediums (M1) und der Zeitpunkt der Einbringung des oder der weiteren in die Mischkammer (11) einzuspritzenden Medien (M2) sowie deren Fließgeschwindigkeiten derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Strahlen (20, 20') der impulsweise eingespritzten Medien (M2) sich nahezu...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vermischen von zwei oder mehreren Medien miteinander zu einem auf einem Werkstück aufzutragenden Werkstoff, wobei die Medien dosiert in eine Mischkammer einbringbar und als Werkstoff aus dieser unmittelbar oder über Zwischenglieder einem Arbeitsgerät zuführbar sind und wobei eines der Medien kontinuierlich oder portionsweise im Takt der Mischkammer zugeführt wird und mit nahezu gleichmäßiger Fließgeschwindigkeit in dieser strömt, sowie auf eine Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Die DE 12 04 634 C zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines Gemisches aus einer ersten und einer zweiten Flüssigkeit. Die erste Flüssigkeit wird hierbei mittels einer Pumpe einem Ringspalt zugeführt, der in ein Rohr mündet, so dass die erste Flüssigkeit dort eine Wirbelzone bildet. Die zweite Flüssigkeit wird mittels einer Pumpe einem Ringraum zugeführt und strömt durch eine Düse als zerstäubter Strahl in die Wirbelzone der ersten Flüssigkeit. Die Düse kann durch eine Nadel verschlossen werden.
Eine zuverlässige und homogene Durchmischung einer eine Wirbelzone bildende erste Flüssigkeit, der eine zerstäubte zweite Flüssigkeit lediglich beigemengt wird, ist mit diesem Verfahren nicht zu bewerkstelligen. Darüber hinaus ist ein erheblicher konstruktiver Aufwand erforderlich.
Aus der DE 20 46 641 A ist ferner ein gattungsgemäßes Verfahren zum Vermischen von mehrkomponentigen Medien bekannt. Ein erstes und ein zweites Medium, nämlich ein Vorpolymer und ein Härtungsmittel, werden kontinuierlich einer Mischkammer mit einem statischen Mischer zugeführt.
Abgesehen von dem erheblichen Bauaufwand, der hohe Investitionskosten verursacht, ist eine gleichmäßige Durchmischung dennoch oftmals nicht zu erzielen, da die Durchmischung lediglich mit einem statischen Mischer bei einer kontinuierlichen Förderung der beiden Medien bewerkstelligt wird. Eine zufrieden stellende Arbeitsweise ist somit trotz des hohen Bauaufwandes nicht gegeben.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Vermischen von mehrkomponentigen Medien sowie eine Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens zu schaffen, mittels denen es möglich ist, unterschiedliche Medien in kurzer Zeit sehr homogen und kontinuierlich miteinander zu vermischen, so dass eine stets zufriedenstellende Verarbeitung des Gemisches gewährleistet ist. Der Bauaufwand, mittels dem dies zu bewerkstelligen ist, soll gering gehalten werden, dennoch soll ein störungsfreier Betrieb bei einfacher Handhabung und Reinigung der Vorrichtung über einen langen Zeitraum ermöglicht werden.
Zur Lösung der Aufgabe ist das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie die Vorrichtung gemäß Anspruch 7 vorgesehen. Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der Erfindung ist das Verfahren, mit dem die Lösung der Aufgabe zu erreichen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Medium oder weitere Medien mit einer gegenüber dem in der Mischkammer kontinuierlich strömenden Medium höheren Fließgeschwindigkeit gesteuert und impulsweise in die Mischkammer eingespritzt werden und die Fließgeschwindigkeit des kontinuierlich in der Mischkammer strömenden Mediums und der Zeitpunkt der Einbringung des oder der weiteren in die Mischkammer einzuspritzenden Medien sowie deren Fließgeschwindigkeiten derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Strahlen der impulsweise eingespritzten Medien sich nahezu nahtlos aneinanderreihen.
Zweckmäßig ist es hierbei, das Arbeitsgerät als Spritzpistole auszubilden und das andere Medium oder weitere Medien mit einem gegenüber dem in der Mischkammer kontinuierlich strömenden Medium höheren Förderdruck gesteuert und impulsweise in die Mischkammer einzuspritzen. Auch können die Medien jeweils mittels einer Düse eingespritzt werden.
Zweckmäßig ist es des Weiteren, die in die Mischkammer impulsweise eingespritzten Medien mittels einer Rundstrahldüse beim Einspritzen derart aufzufächern, dass das eingespritzte Medium gleichmäßig über den Querschnitt der Mischkammer verteilt wird.
Die in die Mischkammer impulsweise eingespritzten Medien können in Strömungsrichtung des kontinuierlich in der Mischkammer geförderten Mediums, achssenkrecht zu dessen Strömungsrichtung, in dessen Strömungsrichtung oder entgegengesetzt zu dieser geneigt in die Mischkammer eingebracht werden.
Die Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens zum Vermischen von zwei oder mehreren Medien miteinander zu einem auf einem Werkstück aufzutragenden Werkstoff, wobei die Medien dosiert in eine Mischkammer einbringbar und als Werkstoff aus dieser unmittelbar oder über Zwischenglieder einem Arbeitsgerät zuführbar sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer in Form eines Rohrkörpers ausgebildet ist, in das das eine Medium über einen in einem Endbereich seitlich angebrachten Anschlussstutzen kontinuierlich oder portionsweise im Takt einbringbar ist, und dass das andere Medium über eine zentrisch zu dem Rohrkörper in dem mit dem Anschlussstutzen versehenen Endbereich in dieses eingesetzten Flach- oder Rundstrahldüse gesteuert und impulsweise in den Mischraum der Mischkammer einspritzbar ist.
Zur Einbringung weiterer Medien in das in der Mischkammer kontinuierlich geförderte Medium kann in den Rohrkörper jeweils eine Düse eingesetzt sein, die achssenkrecht zu dem Rohrkörper oder in Strömungsrichtung des kontinuierlich geförderten Mediums oder entgegengesetzt zu dieser geneigt angeordnet sind, wobei zur impulsweisen Einbringung der Medien Flach- oder Rundstrahldüsen vorgesehen sind.
Angebracht ist es ferner, die den einzelnen Medien zugeordneten Förder- und Steuermittel an eine Recheneinheit anzuschließen, mittels der in Abhängigkeit von der Konsistenz der zu vermischenden Medien, den an den Werkstoff gestellten Forderungen, dem Arbeitsgerät und weiteren Kenngrößen die Fördergeschwindigkeit und/oder die Impulsfolge und Impulshöhe bestimmbar und steuerbar sind.
Um eine besonders intensive Vermischung zu erreichen, kann des Weiteren der Mischkammer ein Statikmischer nachgeschaltet sein.
Werden mehrkomponentige Medien gemäß der Erfindung miteinander vermischt bzw. in der gemäß der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung zusammengeführt, so ist gewährleistet, dass zur Aufbringung auf Werkstücke ein Werkstoff zur Verfügung steht, der aus mehreren Komponenten zusammengesetzt ist, aber dennoch homogen gemischt ist und der stets ein einwandfreies Spritzbild ergibt. Durch das impulsweise Einspritzen eines Mediums in ein kontinuierlich strömendes Medium ist nämlich gewährleistet, dass sich diese Medien gleichmäßig und innig miteinander vermischen und dass keine unregelmäßige Förderströme entstehen.
Der Bauaufwand, der erforderlich ist, um das erfindungsgemäße Verfahren anzuwenden bzw. um die Vorrichtung zum impulsweisen Einspritzen eines Mediums in ein kontinuierlich strömendes Medium zu schaffen, ist äußerst gering, da weitgehend handelsübliche Bauteile eingesetzt werden können. Dennoch ist stets ein homogenes Vermischen der Medien bereits unmittelbar in der Mischkammer oder zum Teil in dieser nachgeschalteten Bauteilen, wie z. B. der zu dem Arbeitsgerät führenden Verbindungsleitung sichergestellt. Das vorschlagsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens ermöglicht somit bei einfacher Handhabung eine stets zufriedenstellende Vermischung von unterschiedlichen Medien zu einem zu verarbeitenden homogenen Werkstoff.
Des Weiteren ist von Vorteil, dass eine einfache und effektive Reinigung der Mischkammer in kurzer Zeit zu bewerkstelligen ist. Durch die Ausgestaltung der Mischkammer als Rohrkörper ist nämlich eine nahezu glatte Innenwandung ohne Hinterschneidungen gegeben, so dass dieser mittels Lösungsmitteln vollständig durchgespült werden kann und Reste aus den miteinander vermischten Medien leicht zu entfernen sind.
Das volumetrische Mischverhältnis der beiden Medien kann 1:1 bis 100:1, typischerweise 1:1 bis 50:1 betragen, wobei die Materialdrücke im Bereich von 0,1 bar bis 2000 bar, typischerweise von 1 bar bis 530 bar liegen können. Der Druck des zweiten Mediums kann hierbei 1% bis 100%, üblicherweise 5% bis 20% höher sein, als der Druck des ersten Mediums.
Die Viskosität der beiden Medien kann aber auch sehr unterschiedlich sein; sie kann 10 bis 30'000 mPas, üblicherweise 20 bis 20'000 mPas sein. Außer flüssigen Medien können auch gasförmige sowie eine Kombination von flüssigen und gasförmigen Medien verarbeitet werden.
Die Temperatur der Medien ist stoffabhängig, sie kann unterschiedlich oder gleich sein, sie liegt typischerweise zwischen 5° und 80°C. Die Art der Injektion des zweiten Mediums in das erste Medium kann unterschiedlich sein, und zwar als scharfer dünner Strahl, als kegelig flacher, ovaler oder runder Strahl ausgebildet sein. Die Injektionsintervallzeit ist unterschiedlich in den Grenzen von 0,01 bis 100 Sekunden, normalerweise zwischen 0,2 bis 10 Sekunden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Vermischen zweier Medien miteinander dargestellt, das nachfolgend im Einzelnen erläutert ist. Hierbei zeigt, jeweils in schematischer Darstellung:
1 die Mischvorrichtung mit allen Bauteilen,
2a bis 2d die bei der Vorrichtung nach 1 vorgesehene Mischkammer in unterschiedlichen Verfahrensschritten des Mischvorganges,
3a bis 3b die Mischkammer nach den 2c und 2d mit andersartig ausgebildeter Düse und
4 die Mischkammer der Mischvorrichtung nach 1 mit mehreren in dieser eingesetzten Düsen zur Einbringung weiterer Medien.
Die in 1 schematisch dargestellte und mit 1 bezeichnete Vorrichtung dient zur homogenen Vermischung zweier Medien M1 und M2 zu einem Werkstoff W, der mittels einer Spritzpistole 10 auf einem Werkstück aufzutragen ist, und besteht im wesentlichen aus einer Steuerschaltung 2, in der die einzelnen Aggregate zusammengefasst sind, und einer dieser nachgeschalteten Mischkammer 11, in der die in Vorratsbehältern 4 und 5 gelagerten Medien M1 und M2 miteinander vermischt werden. Die Vorratsbehälter 4 und 5 sind über Leitungen 6 und 7, in die die einzelnen Aggregate der Steuerschaltung 3 eingesetzt sind, an die Mischkammer 11 angeschlossen und diese ist zur Ausbringung des gemischten Werkstoffes W über eine Schlauchleitung 9 mit der Spritzpistole 10 verbunden.
Die Mischkammer 11 ist, wie dies den 2a bis 2d bzw. 3a und 3b bzw. 4 zu entnehmen ist, als Rohrkörper 12 ausgebildet, an dem an einem Ende seitlich ein Anschlussstutzen 13 angebracht ist. Über den Anschlussstutzen 13 wird das Medium M1 aus dem Vorratsbehälter 4 kontinuierlich in den Mischraum 14 eingebracht, das Medium M2 wird dagegen bei der Ausgestaltung nach den 2a bis 2d mittels einer Flachstrahldüse 15, bei der Ausgestaltung nach den 3a und 3b mit Hilfe einer Rundstrahldüse 16, impulsweise in den Mischraum 14 der Mischkammer 11 eingespritzt. Zur Zuführung der Medien M1 und M2 sind die zu der Steuerschaltung 2 zusammengefassten Aggregate vorgesehen, und zwar jeweils eine Pumpe 21 bzw. 22, ein Messgerät 23 bzw. 24, ein Absperrventil 25 bzw. 26 sowie ein Rückschlagventil 27 bzw. 28. Diese Aggregate sind in den Leitungen 6 bzw. 7 hintereinandergeschaltet und über Signalleitungen 29 jeweils an eine Recheneinheit 3 angeschlossen.
Um eine homogene Vermischung der beiden Medien M1 und M2 zu bewerkstelligen, wird das Medium M1 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel kontinuierlich durch den Mischraum 14 der Mischkammer 11 gedrückt, das Medium M2 wird dagegen impulsweise in diesen eingespritzt. Dies erfolgt, wie den in den 2a bis 2d im Einzelnen dargestellten Verfahrensschritten zu entnehmen ist, in der Weise, dass das Medium M1 gemäß 2a in der Mischkammer 11 während einer vorgegebenen Zeiteinheit eine gewisse Wegstrecke zurücklegt. Nach dieser Zeiteinheit wird das Medium M2 in Form eines Strahles 20 mit Hilfe der Düse 15 in das Medium M1 eingespritzt, und zwar mit einer höheren Strömungsgeschwindigkeit und gegebenenfalls auch mit einem höheren Förderdruck als die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums M1 ist. Die Größe des Impulses P entspricht hierbei der Wegstrecke des Mediums M1, in der sich noch kein Medium M2 in dem Medium M1 befindet (2b).
Da das Medium M1 in der Mischkammer 11 meist kontinuierlich weiterströmt, bildet sich nach Unterbrechung der Zuführung des Mediums M2 wiederum ein Abschnitt des Mediums M1, in dem noch kein Medium M2 in dieses eingespritzt ist (2c). Durch Öffnen der Düse 15 wird in diesem Betriebszustand erneut Medium M2 eingespritzt, dessen Strahl 20 sich an den zuvor eingespritzten Spritzstrahl des Mediums M2 anschließt. Auf diese Weise ist eine gleichmäßige Verteilung des Mediums M2 in dem Medium M1 sichergestellt. Mit Hilfe der Recheneinheit 3 können die einzelnen Aggregate der Steuerschaltung 2 derart aufeinander abgestimmt werden, dass diese Verteilung des Mediums M2 ohne Schwierigkeiten möglich ist.
Den 3a und 3b ist die impulsweise Einbringung des Mediums M2 in das kontinuierlich in der Mischkammer 11 strömende Medium M1 mittels einer Rundstrahldüse 16 dargestellt. Der Strahl 20' des Mediums M2 wird hierbei derart aufgefächert, dass dieser gleichmäßig in dem Medium M1 verteilt ist und gegebenenfalls die Innenmantelfläche des Rohrkörpers 12 benetzt wird. Die Vermischung der beiden Medien M1 und M2 miteinander wird dadurch gesteigert.
Gemäß 4 können auch mit Hilfe weiterer Düsen 17, 18 und 19 zusätzlich Medien in die Mischkammer 11 eingespritzt werden. Die Düse 17 ist hierbei achssenkrecht zu der Strömungsrichtung des Mediums M1 angeordnet, die Düse 18 ist in deren Strömungsrichtung geneigt in die Wandung der Mischkammer 11 einbaut, die Düse 19 dagegen entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung des Mediums M1.

Anwendungsbeispiele für das Verfahren zum Vermischen zweier Medien:

Werkstoff:	Zwei-Komponentenlack für die Möbelindustrie, volumentrisches Mischverhältnis der Medien: 5:1, Betriebsdruck Medium M1 = 120 bar, Medium M2 = 135 bar,
Mengen:	M1 = 400 ccm/min, M2 = 80 ccm/min
Viskosität:	M1 = 350 mPas, M2 = 80 mPas
Temperatur:	M1 = 20°C, M2 = 20°C
Taktintervall:	1,5 sek.

Um die Vermischung der Medien M1 und M2 weiter zu verbessern, kann, wie dies in 1 alternativ dargestellt ist, an die Mischkammer 11 ein Statikmischer 30 angeschlossen sein.

Claims

Verfahren zum Vermischen von zwei oder mehreren Medien (M1, M2) miteinander zu einem auf einem Werkstück aufzutragenden Werkstoff (W), wobei die Medien (M1, M2) dosiert in eine Mischkammer (11) einbringbar und als Werkstoff (W) aus dieser unmittelbar oder über Zwischenglieder (9) einem Arbeitsgerät (10) zuführbar sind und wobei eines der Medien (M1) kontinuierlich oder portionsweise im Takt der Mischkammer (11) zugeführt wird und mit nahezu gleichmäßiger Fließgeschwindigkeit in dieser strömt, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Medium (M2) oder weitere Medien mit einer gegenüber dem in der Mischkammer (11) kontinuierlich strömenden Medium (M1) höheren Fließgeschwindigkeit, gesteuert und impulsweise in die Mischkammer (11) eingespritzt werden und die Fließgeschwindigkeit des kontinuierlich in der Mischkammer (11) strömenden Mediums (M1) und der Zeitpunkt der Einbringung des oder der weiteren in die Mischkammer (11) einzuspritzenden Medien (M2) sowie deren Fließgeschwindigkeiten derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Strahlen (20, 20') der impulsweise eingespritzten Medien (M2) sich nahezu nahtlos aneinanderreihen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsgerät (10) als Spritzpistole ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Medium (M2) oder weitere Medien mit einem gegenüber dem in der Mischkammer (11) kontinuierlich strömenden Medium (M1) höheren Förderdruck gesteuert und impulsweise in die Mischkammer (11) eingespritzt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Medien (M2) jeweils mittels einer Düse (15, 16) eingespritzt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Mischkammer (11) impulsweise eingespritzten Medien (M2) mittels einer Rundstrahldüse (16) beim Einspritzen derart aufgefächert werden, dass das eingespritzte Medium (M2) gleichmäßig über den Querschnitt der Mischkammer (11) verteilt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Mischkammer (11) impulsweise eingespritzten Medien (M2) in Strömungsrichtung des kontinuierlich in der Mischkammer (11) geförderten Mediums (M1), achssenkrecht zu dessen Strömungsrichtung, in dessen Strömungsrichtung oder entgegengesetzt zu dieser geneigt in die Mischkammer (11) eingebracht werden.
Vorrichtung (1) zur Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6 zum Vermischen von zwei oder mehreren Medien (M1, M2) miteinander zu einem auf einem Werkstück aufzutragenden Werkstoff (W), wobei die Medien (M1, M2) dosiert in eine Mischkammer (11) einbringbar und als Werkstoff (W) aus dieser unmittelbar oder über Zwischenglieder (9) einem Arbeitsgerät (10) zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (11) in Form eines Rohrkörpers (12) ausgebildet ist, in den das eine Medium (M1) über einen in einem Endbereich seitlich angebrachten Anschlussstutzen (13) kontinuierlich oder portionsweise im Takt einbringbar ist, und dass das andere Medium (M2) über eine zentrisch zu dem Rohrkörper (12) in dem mit dem Anschlussstutzen (13) versehenen Endbereich in dieses eingesetzten Flach- oder Rundstrahldüse (15 bzw. 16) gesteuert und impulsweise in den Mischraum (14) der Mischkammer (12) einspritzbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einbringung weiterer Medien in das in der Mischkammer (11) kontinuierlich geförderte Medium (M1) in den Rohrkörper (12) jeweils eine Düse (17, 18, 19) eingesetzt ist, die achssenkrecht zu dem Rohrkörper (12) oder in Strömungsrichtung (5) des kontinuierlich geförderten Mediums (M2) oder entgegengesetzt zu dieser geneigt angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den einzelnen Medien (M1, M2) zugeordneten Förder- und Steuermittel (21, 22, 23, 24, 25, 26) an eine Recheneinheit (3) angeschlossen sind, mittels der in Abhängigkeit von der Konsistenz der zu vermischenden Medien (M1, M2), den an den Werkstoff (W) gestellten Forderungen, dem Arbeitsgerät (10) und weiteren Kenngrößen die Fliessgeschwindigkeit und/oder die Impulsfolge und Impulshöhe (P) bestimmbar und steuerbar sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkammer (11) ein Statikmischer (30) nachgeschaltet ist.