DE102009032484A1

DE102009032484A1 - Mischvorrichtung

Info

Publication number: DE102009032484A1
Application number: DE102009032484A
Authority: DE
Inventors: Martin Reuter
Original assignee: Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH
Current assignee: Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2011-01-13

Abstract

Eine Mischvorrichtung zum Dosieren und Mischen von mehrkomponentigen Medien umfasst zwei Medienkanäle, die jeweils durch ein Dosierventil verschließbar sind und die in ein statisches Mischrohr münden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung zum Dosieren und Mischen von mehrkomponentigen Medien.
Mehr-Komponentensysteme, insbesondere Zwei-Komponenten-Systeme werden in zahlreichen, vor allem auch industriellen, Anwendungen als Klebstoffe und Vergussmaterialien eingesetzt. Hierbei werden die Komponenten der Zwei- oder Mehr-Komponenten-Systeme in unterschiedlichsten Mischungsverhältnissen verarbeitet. Die Verarbeitung der Systeme ist nur innerhalb der Topfzeit möglich, die je nach System typischerweise von wenigen Minuten bis hin zu mehreren Stunden dauern kann. Im Bereich der industriellen Verarbeitung kommen oft Systeme mit Topfzeiten von mehreren Stunden zum Einsatz, da eine längere Verarbeitungszeit zu einem geringeren Aufwand hinsichtlich Medienwechsel, Reinigung des Dosiersystems etc. und zu weniger Standzeiten des Produktionslinie führt. Die zu verarbeitenden Komponenten müssen dann entweder direkt vor der Verarbeitung im benötigten Mischungsverhältnis angemischt werden oder sie werden teilweise mit Apparaturen dosiert, die jeweils eine Kartusche für eine Komponente besitzen. Material, das nicht innerhalb der Topfzeit verarbeitet werden kann, muss entsorgt werden.
Bekannt sind Systeme, bei denen aus zwei Kartuschen parallel die Komponenten herausgedrückt und über einen Statikmischer vermengt werden. Hiermit sind jedoch nur feste Mischungsverhältnisse möglich, die durch den Statikmischer festgelegt sind und typischerweise im Bereich von ca. 1:1 bis 1:2 liegen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Mischen von mehrkomponentigen Medien zu schaffen, mit denen eine verbesserte Durchmischung der Medien bei einer flexiblen Einstellung des Mischungsverhältnisses sowie der Dosiermenge erzielt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche und insbesondere dadurch, dass eine Mischvorrichtung zum Dosieren und Mischen von mehrkomponentigen Medien zumindest einen ersten und einen zweiten Medienkanal umfasst, von denen jeder durch jeweils ein Dosierventil verschließbar ist, wobei beide Medienkanäle in ein einziges statisches Mischrohr münden, und wobei eine Steuerung vorgesehen ist, mit der das Öffnen und Schließen der beiden Dosierventile individuell steuerbar ist.
Mit der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung können Zwei- oder auch Mehr-Komponenten-Systeme dosiert und gemischt werden, ohne dass das System vorher angemischt werden muss, wobei gleichzeitig sowohl das Mischungsverhältnis wie auch die Dosiermenge über große Bereiche hinweg variiert werden kann. Durch den Einsatz eines Mischrohrs als Statikmischer kann eine Anpassung an das zu verarbeitende System erfolgen, wobei durch die Verwendung von Einweg-Mischrohren zudem der Reinigungsaufwand minimiert ist, da alle Medien getrennt voneinander dosiert und erst im Mischrohr zusammengeführt werden.
Da Statikmischrohre zwar senkrecht zur Flussrichtung eine relativ gute Vermischung, in Flussrichtung jedoch nur eine mäßige Vermischung erzeugen, kann mit der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren eine verbesserte Vermischung der Komponenten erreicht werden, indem beispielsweise die beiden Dosierventile wechselseitig sehr schnell und mehrfach geöffnet werden, um aus einer Vielzahl von Einzeldosierungen der Dosierventile die gewünschte Dosiermenge des Systems zu erzielen. In diesem Fall werden die Einzelkomponenten in sehr dünnen, abwechselnden Schichten in das Statikmischrohr eingebracht, so dass bereits hierdurch eine gute Mischung in Flussrichtung erreicht wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.
So kann bei einer Verarbeitung von Zwei-Komponenten-Systemen mit einem Mischverhältnis das in der Nähe von 1:1 liegt, ein Ansteuern der beiden Dosierventile in einem wechselseitigen Modus erfolgen, bei dem die Dosierventile während eines Dosierzyklus mehrfach und abwechselnd geöffnet und geschlossen werden. Durch wechselseitiges Ansteuern der Ventile kann eine Zugabe der einzelnen Komponenten in sehr feinen, sich abwechselnden Einzeldosen erfolgen und die Gesamtdosiermenge kann über die Länge dieser Sequenz gewählt werden.
Weiterhin kann bei der Verarbeitung von Zwei-Komponenten-Systemen mit einem Mischungsverhältnis, das sehr viel größer als 1:1 ist, dasjenige Ventil, das die Komponente mit dem größeren Volumenanteil zugibt, während eines Dosierzyklus geöffnet bleiben, wohingegen das zweite Ventil mit der Komponente mit kleinerem Volumenanteil gleichzeitig mit kurzen Öffnungspulsen zugeschaltet wird. Hierbei kann das Mischungsverhältnis über das Verhältnis der Öffnungszeiten der Einzelkomponenten eingestellt werden. In diesem Fall wird die Gesamtdosiermenge im Wesentlichen durch die Menge der Öffnungszeit desjenigen Dosierventils bestimmt, welches das Medium mit dem größeren Volumenanteil abgibt.
Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Steuerung, die zum wechselseitigen Schalten der Dosierventile auch ein Synchronisiermittel aufweisen kann, kann sowohl das Mischungsverhältnis wie auch die Dosiermenge über große Bereiche hinweg eingestellt und auch sehr schnell variiert werden. Hierdurch eignet sich die Mischvorrichtung für verschiedenste Anwendungen im Bereich der Verarbeitung von Zwei- oder Mehr-Komponenten-Systemen.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform beschrieben. Es zeigen:
1a eine Seitenansicht einer Mischvorrichtung;
1b eine Ansicht auf die Mischvorrichtung von 1a von unten;
1c eine Vorderansicht der Mischvorrichtung von 1a und 1b;
2 ein wechselseitiges Schalten der Dosierventile; und
3 ein gleichzeitiges Schalten der Dosierventile.
Die in den 1a bis 1c dargestellte Mischvorrichtung dient zum Dosieren und Mischen von mehrkomponentigen Medien, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Mischvorrichtung für ein Zwei-Komponenten-System dargestellt ist. Die erste und die zweite Komponente des Systems werden jeweils in einem nicht dargestellten Behälter aufbewahrt und über Medienleitungen 10 und 12 einem ersten Dosierventil 14 und einem zweiten Dosierventil 16 zugeführt. Beide Dosierventile 14 und 16 sind als flache quaderförmige Bauteile ausgebildet und auf einer Montageplatte 18 an ihrer Oberseite verschraubt.
Innerhalb jedes Dosierventils 14 und 16 ist ein Ventilkanal 20 vorgesehen, der auf bekannte Weise von einem Ventilstößel (nicht dargestellt) verschließbar ist, der über ein Piezoventil mit sehr kurzen Schaltzeiten und hohen Schaltfrequenzen geöffnet und geschlossen werden kann. Der Ventilkanal 20 erstreckt sich innerhalb der Dosierventile zunächst in horizontaler Richtung und wird dann um 90° nach unten abgelenkt, so dass das Medium im Bereich eines durch den Ventilstößel verschließbaren Ventilsitzes an der Unterseite der Dosierventile austreten kann.
An der Unterseite der beiden Dosierventile 14 und 16 ist ein Mischkopf 22 verschraubt, der mit zwei nicht miteinander in Verbindung stehenden Bohrungen 24 und 26 versehen ist, die unter einem Winkel zueinander verlaufen, wobei sich die Bohrung 24 von der Austrittsöffnung des Dosierventils 14 bis zum Eintritt eines Mischrohres 28 erstreckt, das mit Hilfe einer Überwurfmutter 30 mit dem Mischkopf 22 verschraubt ist. Entsprechend erstreckt sich die Bohrung 26 innerhalb des Mischkopfes 22 von der Austrittsöffnung des Dosierventils 16 bis in den Bereich der Eintrittsmündung des Mischrohrs 28, das auf bekannte Weise als Einweg-Statik-Mischrohr ausgebildet ist und in seinem Inneren entsprechend angeordnete Stege 32 aufweist, um die beiden Medien miteinander zu vermischen. Der Ventilkanal 20 bildet somit zusammen mit der Bohrung 26 einen ersten Medienkanal, der durch das Dosierventil 16 verschließbar ist und der in das statische Mischrohr 28 mündet, wohingegen der Ventilkanal des zweiten Dosierventils 14 zusammen mit der Bohrung 24 einen zweiten Medienkanal bildet, der getrennt von dem ersten Medienkanal ausgebildet ist und der gemeinsam mit diesem in das Mischrohr 28 mündet.
Um zu Reinigungszwecken, zur Entlüftung oder zur Montage eines Sensors einen Zugriff auf die beiden Medienkanäle zu besitzen ist im Bereich der Vorderseite des Mischkopfs 22 ein erster und ein zweiter Schraubstopfen 34 und 36 vorgesehen. Das Bezugszeichen 38 und 40 bezeichnet jeweils einen elektrischen Anschluss zur Betätigung des piezoelektrischen Dosierventils.
Um ein Zwei-Komponenten-System mit der vorstehend beschriebenen Mischvorrichtung zu dosieren und zu mischen, wird zunächst ein für das gewünschte Mischverhältnis passendes Mischrohr 28 mit Hilfe der Überwurfmutter 30 an dem Dosierkopf 22 verschraubt. Anschließend muss eine (nicht dargestellte) Steuerung, die beispielsweise einen Mikroprozessor aufweist, so programmiert werden, dass die beiden Dosierventile 14 und 16 die beiden Komponenten des Systems wie gewünscht dosieren und mischen. Das Mischungsverhältnis kann über das Tastverhältnis der beiden Dosierventile 14 und 16 eingestellt werden, wobei das Öffnen und Schließen der beiden Dosierventile in gegenseitiger Abhängigkeit voneinander erfolgen kann.
Um beispielsweise zwei Komponenten mit einem Mischungsverhältnis von etwa 1:1 nicht nur durch das Mischrohr 28 miteinander auch in Flussrichtung zu vermischen, können die beiden Dosierventile 14 und 16, wie in 2 dargestellt, in einem wechselseitigen Modus geöffnet und geschlossen werden. Hierbei zeigt 2a den Öffnungszyklus des Dosierventils 14, während 2b den Öffnungszyklus des Ventils 16 verdeutlicht. Wie zu erkennen ist, werden beide Ventile mehrfach hintereinander geöffnet und geschlossen, wobei ein Ventil geöffnet ist während das andere Ventil geschlossen ist. Hiermit kann das Mischungsverhältnis zusätzlich über das Verhältnis der Öffnungszeiten der Ventile eingestellt werden. Die Gesamtdosiermenge wird über die Länge der Sequenz eingestellt.
Ein etwas anderes Mischungsverhältnis kann dadurch eingestellt werden, dass die Ventile zwar abwechselnd geschaltet werden, die Öffnungszeiten der Ventile jedoch unterschiedlich gewählt werden. Eine solche Betriebsweise ist beispielhaft in 2b gestrichelt dargestellt.
Bei der Verarbeitung von Zwei-Komponenten-Systemen mit einem Mischungsverhältnis, das sehr viel größer als 1:1 ist, kann dasjenige Ventil, das die Komponente mit dem größeren Volumenanteil zugibt, während der Dosierung geöffnet bleiben (vgl. 3a), wohingegen das zweite Ventil mit der Komponente mit dem kleineren Volumenanteil in der gleichen Zeit, d. h. bei geöffnetem ersten Dosierventil, mit kurzen Öffnungspulsen zugeschaltet wird (vgl. 3b). Hierdurch kann das Mischungsverhältnis über das Verhältnis der Öffnungszeiten der Einzelkomponenten eingestellt werden.
Die Öffnungszeiten der Dosierventile können in der Größenordnung von etwa 0,3 ms bis etwa 1000 ms liegen, wobei der zeitliche Abstand der Öffnungsintervalle in einem Bereich von etwa 0,3 ms bis etwa 50 ms gewählt werden kann.

Claims

Mischvorrichtung zum Dosieren und Mischen von mehrkomponentigen Medien, umfassend zumindest einen ersten und einen zweiten Medienkanal (20, 22, 26), von denen jeder durch jeweils ein Dosierventil (14, 16) verschließbar ist, wobei beide Medienkanäle in ein einziges statisches Mischrohr (28) münden, und wobei eine Steuerung vorgesehen ist, mit der das Öffnen und Schließen der beiden Dosierventile (14, 16) individuell steuerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerung das Tastverhältnis der beiden Dosierventile (14, 16) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerung ein Synchronisiermittel vorgesehen ist, mit dem das Öffnen und Schließen der beiden Dosierventile (14, 16) in gegenseitiger Abhängigkeit einstellbar ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mischkopf (22) vorgesehen ist, in dem die beiden Medienkanäle (24, 26) ausgebildet sind, wobei der Mischkopf (22) ein Befestigungsmittel (30) für das Mischrohr (28) aufweist.
Verfahren zum Dosieren und Mischen von mehrkomponentigen Medien mit einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Steuerung das Öffnen und Schließen der beiden Dosierventile individuell gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Steuerung das Tastverhältnis der beiden Dosierventile gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerung mit Hilfe eines Synchronisiermittels das Öffnen und Schließen der beiden Dosierventile in gegenseitiger Abhängigkeit gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Dosierung während eines Öffnungszyklus eines Dosierventils das andere Dosierventil mehrfach geöffnet und geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Dosierventile für eine Dosierung mehrfach und abwechselnd geöffnet und geschlossen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dosierventil für eine Zeitdauer von etwa 0,3 ms bis etwa 1000 ms geöffnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dosierventil mit einem zeitlichen Abstand von etwa 0,3 ms bis etwa 50 ms wiederholt geöffnet und geschlossen wird.