DE102016214069A1

DE102016214069A1 - Mischkopf und Verfahren zu dessen Betrieb

Info

Publication number: DE102016214069A1
Application number: DE102016214069.8A
Authority: DE
Inventors: Alexander Nickel
Original assignee: Tuenkers-Nickel Dosiersysteme GmbH
Current assignee: Tuenkers-Nickel Dosiersysteme GmbH
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2018-02-01
Also published as: DE202016008417U1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mischkopf (10) umfassend eine Dosiereinheit (12) mit mindestens zwei Zuführungen (28, 38) für zu mischende Komponenten, eine Mischeinheit (14) und eine Düseneinheit (16), wobei die Mischeinheit (14) eine zylindrische Mischkammer (54) aufweist, an einer Einlassseite (58) der zylindrischen Mischkammer (54) für jede zu mischende Komponente eine Zuführung (28, 38) der Dosiereinheit (12) in die zylindrische Mischkammer (54) mündet, die Mischkammer (54) konzentrisch in einem Hohlwellenmotor (50) angeordnet ist und verdrehsicher mit einer Hohlwelle (52) des Hohlwellenmotors (50) verbunden ist, und an einer Auslassseite (60) der zylindrischen Mischkammer (54) die Düseneinheit (16) angeordnet ist. Ferner ist vorgesehen, dass die Düseneinheit (16) über einen werkzeuglos lösbaren Verschluss (70) mit der Mischeinheit (14) verbunden ist und dass die zylindrische Mischkammer (54) derart ausgestaltet ist, dass diese in Richtung ihrer Längsachse aus der Hohlwelle (52) entnehmbar ist

Description

Die Erfindung betrifft einen Mischkopf umfassend eine Dosiereinheit mit mindestens zwei Zuführungen für zu mischende Komponenten, eine Mischeinheit und eine Düseneinheit, wobei die Mischeinheit eine zylindrische Mischkammer aufweist, an einer Einlassseite der zylindrischen Mischkammer für jede zu mischende Komponente eine Zuführung in die zylindrische Mischkammer mündet, die Mischkammer konzentrisch in einem Hohlwellenmotor angeordnet ist und verdrehsicher mit der Hohlwelle verbunden ist, und an einer Auslassseite der zylindrischen Mischkammer die Düseneinheit angeordnet ist. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Verfahren zum Mischen mindestens zweier Komponenten unter Verwendung eines solchen Mischkopfs sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Mischkopfs.
Beispielsweise im Automobilbau wird zunehmend eine Mischbauweise eingesetzt, bei der verschiedene Materialien miteinander kombiniert werden. Zum Verbinden der verschiedenen Materialien werden häufig Mehrkomponenten-Klebstoffe eingesetzt. Bei Mehrkomponenten-Klebstoffen liegen die reaktionsfähigen Komponenten in getrennter Form vor und müssen vor dem Auftragen vermischt werden. Nach dem Vermischen reagieren die Komponenten miteinander, wodurch der Klebstoff aushärtet. Mehrkomponenten-Klebstoffe müssen im Gegensatz zu einkomponentigen Klebstoffen nicht durch hohe Temperaturen ausgehärtet werden.
Für das Vermischen der verschiedenen Komponenten des Klebstoffs werden üblicherweise statische Mischer eingesetzt. Ein statischer Mischer umfasst ein Gehäuse, welches eine Mischkammer bildet, und ein darin enthaltenes Mischelement.
Aus EP2181827A2 ist ein solcher statischer Mischer bekannt. Der Mischer umfasst einen oder mehrere Einbaukörper, mit denen eine Vermischung von Fluidströmen bewirkt wird. Der statische Mischer wird im Spritzgießverfahren hergestellt.
Eine weitere übliche Mischvariante ist das dynamische Vermischen verschiedener Komponenten in einer Mischkammer mit einem Einlass, einem motorisch betriebenem Mischkörper im Inneren der Mischkammer und einem Auslass.
Aus DE 10 2008 018 379 A1 ist ein Mischkopf für flüssige und pastöse Komponenten mit mehreren Einlassöffnungen und einer Auslassöffnung bekannt. Der Mischkopf weist eine rotationssymmetrische Mischkammer auf, in der ein Rotor die zu mischenden Komponenten durch seine Umdrehungsgeschwindigkeit vermischt. Der Rotor bewegt sich neben seiner eigenen Umdrehung auf einer exzentrischen Bahn, wobei die Mischkammer von den zu mischenden Komponenten im Wesentlichen in Richtung der Bewegungsachsen des Rotors durchströmt wird.
Da die Viskosität der Komponenten oft sehr unterschiedlich ist, ist das durchgehend homogene vermischen der Komponenten ein Problem bei statischen Mischern, sodass dynamisch mischende Mischkammern von Vorteil sind. Die zu vermischenden Komponenten haben jedoch die Eigenschaft, dass diese im Mischvorgang direkt miteinander reagieren und beginnen auszuhärten. Dadurch bilden sich Ablagerungen in der Mischkammer, welche durch Spülvorgänge und nach einer bestimmten Zeit durch mechanische, vom Fachpersonal durchzuführende, Reinigungsvorgänge entfernt werden müssen. Insbesondere die Reinigungsvorgänge sind dabei zeitaufwendig und sehr kostenintensiv. Wird darüber hinaus eine Reinigung nicht regelmäßig durchgeführt ergibt sich sehr schnell das Problem, dass sich eine ausgehärtete Ablagerung so schwer entfernen lässt, dass der gesamte Mischkopf unbrauchbar wird. In diesem Fall muss der Mischkopf zerlegt werden und die mit Ablagerungen beladene Mischkammer gegen eine neue Mischkammer ausgetauscht werden. In der Praxis führen die Reinigungsproblematiken zu erheblichen Risiken in der Prozessstabilität sowie sehr hohen Instandhaltungsaufwendungen.
Des Weiteren stellen Dichtungen ein Problem dar, da diese von den zu mischenden Komponenten angegriffen werden können. Dichtungen sind insbesondere zwischen der Mischkammer und einer Dosiereinheit, mit der die Komponenten in die Mischkammer eingegeben werden, sowie zwischen der Mischkammer und einer Düse, mit der das gemischte Material ausgetragen wird, angeordnet.
Eine Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden einen Mischkopf bereitzustellen, bei dem Reinigungsvorgänge leicht durchzuführen sind.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Mischkopf umfassend eine Dosiereinheit mit mindestens zwei Zuführungen für zu mischende Komponenten, eine Mischeinheit und eine Düseneinheit vorgeschlagen, wobei die Mischeinheit eine zylindrische Mischkammer aufweist, an einer Einlassseite der zylindrischen Mischkammer für jede zu mischende Komponente eine Zuführung aus der Dosiereinheit in die zylindrische Mischkammer mündet, die Mischkammer konzentrisch in einem Hohlwellenmotor angeordnet ist und verdrehsicher mit einer Hohlwelle des Hohlwellenmotors verbunden ist, und an einer Auslassseite der zylindrischen Mischkammer die Düseneinheit angeordnet ist. Ferner ist vorgesehen, dass die Düseneinheit über einen werkzeuglos lösbaren Verschluss mit der Mischeinheit verbunden ist und dass die zylindrische Mischkammer derart ausgestaltet ist, dass diese in axialer Richtung aus der Hohlwelle entnehmbar ist.
Die Dosiereinheit ist für jede der mit dem Mischkopf zu mischenden Komponenten mit einem Vorratsbehälter für die jeweilige Komponente verbunden. Für jede der zu mischenden Komponenten umfasst die Dosiereinheit eine Zuführung, die in die Mischkammer der Mischeinheit mündet. Eine Zuführung ist bevorzugt als eine mit einem Ventil verschließbare Leitung ausgeführt, wobei die Leitung in die Mischkammer mündet. Die Ventile sind bevorzugt von einem Steuergerät ansteuerbar, so dass der Zeitpunkt, an dem eine Komponente zugegeben wird und die Menge die von der jeweiligen Komponente dosiert wird, festgelegt werden kann. Die Anzahl der Zuführungen ist von der Anzahl der zu vermischenden Komponenten abhängig und liegt typischerweise im Bereich von 2 bis 4.
Die Mischeinheit umfasst eine zylindrische Mischkammer, welche über einen Motor in eine Rotationsbewegung um die Längsachse der Mischkammer versetzt werden kann. Die Mischkammer ist dabei bevorzugt als Kreiszylinder ausgeführt, wobei auch andere Zylinderformen, beispielsweise mit einem regelmäßigen Vieleck als Grundfläche, ebenfalls denkbar sind. Der Motor ist als Hohlwellenmotor ausgeführt und die zylindrische Mischkammer ist konzentrisch im Inneren der Hohlwelle des Hohlwellenmotors angeordnet und lösbar mit der Hohlwelle verbunden, insbesondere in Form eines Formschlusses. Dabei ist mit konzentrisch gemeint, dass die Längsachse der Mischkammer und die Längsachse der Hohlwellen aufeinanderliegen. Um die zylindrische Mischkammer in Rotation versetzen zu können, ist die zylindrische Mischkammer verdrehsicher mit der Hohlwelle verbunden. Dazu weist die zylindrische Mischkammer beispielsweise eine Rippe auf, die in eine korrespondierende Nut der Hohlwelle eingreifen kann oder umgekehrt weist die Hohlwelle eine Rippe auf, die in eine korrespondierende Nut der Mischkammer eingreifen kann. Alternativ oder zusätzlich ist der Querschnitt der Mischkammer als Polygon oder als Oval ausgestaltet, so dass beim Einsetzen in eine entsprechend ausgestaltete Hohlwelle ebenfalls ein verdrehsicherer Formschluss entsteht. Die Mischeinheit schließt sich derart an die Dosiereinheit an, dass die Zuführungen der Dosiereinheit an der Einlassseite der Mischkammer der Mischeinheit in die Mischkammer münden. Hierunter wird verstanden, dass sich die Zuführung in die Mischkammer öffnen, so dass Material aus einer Zuführung in die Mischkammer gelangen kann. Eine Zuführung kann dabei bündig an der Einlassseite der Mischkammer enden oder an der Einlassseite in die Mischkammer hineinragen.
Bevorzugt sind zwei oder mehr der Zuführungen so angeordnet, dass deren Öffnungen zueinander konzentrisch angeordnet sind. Dabei liegen die Mittelpunkte der Öffnungen der beteiligten Zuführungen auf einer gemeinsamen Achse, die bevorzugt mit der Längsachse der zylindrischen Mischkammer identisch ist.
Die Mischeinheit kann an der Dosiereinheit befestigt sein.
Die Düseneinheit weist eine Düse auf, durch die das in der Mischkammer erzeugte Gemisch herausgedrückt werden kann. Die Düseneinheit schließt sich an die Auslassseite der Mischkammer an die Mischeinheit an. Der Materialstrom fließt ausgehend von den an der Einlassseite in die Mischkammer mündenden Zuführungen in Richtung der Auslassseite der Mischkammer und verlässt anschließend den Mischkopf durch eine Öffnung der Düse. Die Düseneinheit kann an der Mischeinheit befestigt sein.
Die Düseneinheit ist dabei unter Verwendung eines Verschlusses an der Mischeinheit befestigt, der sich ohne Verwendung von Werkzeug lösen lässt. Dies ermöglicht es, dass ein Verwender des Mischkopfes die Düseneinheit von Hand abnehmen kann.
Im Betrieb werden der Mischkammer über die Zuführungen der Dosiereinheit die zu vermischenden Komponenten an der Einlassseite zugegeben. Während die Komponenten in Richtung der Auslassseite der Mischkammer strömen, werden die Komponenten vermischt. Im Fall von mehrkomponentigen Klebstoffen fängt ein Harz nach der Zugabe eines Härters an, sich zu verfestigen. Der gemischte Klebstoff muss den Mischkopf verlassen, bevor der Klebstoff vollständig ausgehärtet und damit nicht mehr fließfähig ist. Rückstände des gemischten Klebstoffs werden üblicherweise aus der Mischkammer herausgespült, indem lediglich das Harz ohne Zugabe einer Härterkomponente an der Einlassseite der Mischkammer über die Dosiereinheit eingegeben wird. Das Harz verdrängt dann den verbleibenden gemischten Klebstoff in Richtung Auslassseite der Mischkammer, so dass dieser aus der Düse austritt. Mit der Zeit treten jedoch Ablagerungen in Form von ausgehärtetem Klebstoff auf, die sich durch das beschriebene Spülen nicht mehr aus der Mischkammer entfernen lassen. In diesem Fall muss die Mischkammer ausgebaut werden.
Bei dem vorgeschlagenen Mischkopf ist für einen Ausbau der Mischkammer kein Werkzeug erforderlich. Die Düseneinheit ist über einen werkzeuglos lösbaren Verschluss an dem Mischkopf bzw. an der Mischeinheit befestigt. Der Verschluss kann von Hand geöffnet werden und die Düseneinheit kann anschließend abgenommen werden. Nach dem Abnehmen der Düseneinheit ist die Mischeinheit zugänglich und die Auslassseite der Mischkammer liegt frei. Die zylindrische Mischkammer ist derart ausgestaltet, dass diese in Längsrichtung, also parallel zur Achse der Hohlwelle des Hohlwellenmotors, herausgezogen werden kann. Dazu ist bevorzugt vorgesehen, dass bei einer kreiszylindrischen Ausführung der Mischkammer der Außendurchmesser der Mischkammer kleiner ist als der Innendurchmesser der Hohlwelle. Bei anderen Formen ist der Querschnitt der Mischkammer derart gewählt, dass die Mischkammer durch die Hohlwelle des Hohlwellenmotors gezogen werden kann.
Nach dem Herausziehen der Mischkammer kann diese gereinigt und gegebenenfalls erneut eingesetzt werden. Bevorzugt wird eine neue Mischkammer in die Mischeinheit eingesetzt. Nach dem Einsetzen der Mischkammer wird die Düseneinheit wieder mit dem Mischkopf verbunden und durch Schließen des werkzeuglos lösbaren Verschlusses wieder gesichert.
Bevorzugt ist der werkzeuglos lösbare Verschluss, mit dem die Düseneinheit mit dem Mischkopf bzw. der Mischeinheit verbunden ist, als ein Steck-Dreh-Verschluss ausgestaltet. Ein eine Steck-Dreh-Verschluss ist ein Verschluss, bei dem die Düseneinheit aufgesteckt und relativ zum Rest des Mischkopfs gedreht wird. Zum Lösen wird umgekehrt die Düseneinheit relativ zum Rest des Mischkopfs gedreht und anschließend abgezogen. Die Drehung erfolgt um eine Drehachse parallel zur Steckrichtung. Ein Beispiel für einen Steck-Dreh-Verschluss ist ein Bajonettverschluss.
Der Verschluss weist zwei Teile auf, die zum Herstellen einer Verbindung zwischen der Düseneinheit und dem Mischkopf zusammengeführt werden. Ein erstes Teil ist an der Mischeinheit aufgenommen und ein zweiter Teil ist an der Düseneinheit aufgenommen. Bei dem Verschluss wirkt zumindest ein Stift an einem der beiden Teile mit einer Nute an dem anderen Teil zusammen. Beispielsweise ist der Stift an einer Halteplatte der Mischeinheit angeordnet und die Nute befindet sich an der Düseneinheit.
Zum Sichern des Verschlusses gegen ungewolltes Lösen ist es bevorzugt, ein federbelastetes Element an einem der Teile einzusetzen, welches mit einer Vertiefung am jeweils anderen Teil zusammenwirkt. Ein solches federbelastetes Element ist beispielsweise ein Seitendruckstück mit einer federnden Kugel, welches beispielsweise an der Halteplatte des Mischkopfs angeordnet ist und mit einer Vertiefung an der Düseneinheit zusammenwirkt. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass im verschlossenen Zustand die federnde Kugel mit der Vertiefung einen Formschluss ausbildet. Zum Öffnen des Verschlusses muss dieser Formschluss durch Wegdrücken der Kugel gegen die Vorspannkraft einer Feder aus der Vertiefung gelöst werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass zumindest zwei Zuführungen, in Richtung der Längsachse der zylindrischen Mischkammer gesehen, auf unterschiedlichen Höhen in die Mischkammer münden. Hierdurch ist es insbesondere im Zusammenhang mit dem Mischen von mehrkomponentigen Klebstoffen möglich, eine Harzkomponente an einer anderen Position in die Mischkammer einzugeben als eine Härterkomponente. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Härterkomponente dichter an der Auslassseite der Mischkammer in diese eingegeben wird als die Harzkomponente.
Bevorzugt umfasst zylindrische Mischkammer einen in ihrem Inneren angeordneten Mischkörper. Der Mischkörper ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass die eingegebenen Komponenten beim Fließen in Richtung der Auslassseite an Mischelementen des Mischkörpers mehrfach in verschiedene Ströme aufgeteilt und wieder zusammengeführt werden. Hierdurch wird eine intensive Vermischung der einzelnen Komponenten erzielt. Derartige Mischkörper sind dem Fachmann im Zusammenhang mit statischen Mischern bekannt. Im Gegensatz zu statischen Mischern ist jedoch bevorzugt vorgesehen, dass die Mischkammer und der Mischkörper um die Längsachse der Mischkammer rotieren. Hierdurch entstehen in den zu vermischenden Komponenten Verwirbelungen, die den Mischprozess unterstützen. Im Vergleich zu den Mischrohren von statischen Mischern sind daher weniger Mischelemente erforderlich. Typischerweise werden Mischkörper mit 3 bis 4 Mischelementen eingesetzt.
Bevorzugt ist der Mischkörper verdrehsicher mit der zylindrischen Mischkammer verbunden. Dabei können der Mischkörper und die Mischkammer einstückig ausgestaltet sein. Hierdurch wird erreicht, dass auch der Mischkörper über den Hohlwellenmotor in eine Rotationsbewegung versetzt wird, bei der sich der Mischkörper und die zylindrische Mischkammer drehen. Durch die Rotation wird eine Relativbewegung zwischen der Mischkammer mit dem Mischkörper und den über die Dosiereinheit eingegebenen zu vermischenden Komponenten erzeugt, die zu einer besseren Vermischung der Komponenten führt. Bevorzugt ist der Mischkörper konzentrisch in der zylindrischen Mischkammer angeordnet.
Der Mischkörper und/oder die Mischkammer sind bevorzugt als Spritzgussteil ausgestaltet. Das Material, aus dem der Mischkörper und/oder die Mischkammer gefertigt sind, ist bevorzugt ein Kunststoff. Durch die Ausführung der Mischkammer und/oder des Mischkörpers als Spritzgussteil und insbesondere als Kunststoffspritzgussteil ist eine besonders preisgünstige Herstellung möglich, so dass die Mischkammer und/oder der Mischkörper als ein Einwegteil ausgestaltet werden können. In diesem Fall wird eine verschmutzte Mischkammer nicht gereinigt, sondern entsorgt und es wird eine frische Mischkammer, welche gegebenenfalls einen Mischkörper umfasst, in die Mischeinheit eingesetzt. Bei Verwendung des Mischkopfs zum Mischen mehrkomponentiger Klebstoffe wirkt sich dabei vorteilhaft aus, dass zwar die noch nicht gemischten reaktiven Komponenten Gefahrenstoffe sind und entsprechend als Gefahrenstoff entsorgt werden müssen, jedoch der ausgehärtete Klebstoff nicht mehr reaktiv ist. Es ist somit unproblematisch möglich, eine verschmutzte Mischkammer zusammen mit dem darin enthaltenen ausgehärteten Klebstoff zu entsorgen.
Zur Abdichtung der Mischkammer sind rotatorische Dichtungen vorgesehen, wobei die Mischkammer, angetrieben durch die Hohlwelle des Hohlwellenmotors, relativ zu der Dosiereinheit und der Düseneinheit rotiert. Dabei ist vorgesehen, dass zwischen der Dosiereinheit und der Einlassseite der Mischkammer eine erste rotatorische Dichtung und zwischen der Auslassseite der Mischkammer und der Düseneinheit eine zweite rotatorische Dichtung angeordnet ist. Die rotatorischen Dichtungen stellen somit einen Übergang zwischen den feststehenden Teilen des Mischkopfs und den rotierenden Teilen des Mischkopfs dar.
Bei einer Wartung des Mischkopfs müssen die Dichtungen gegebenenfalls ausgetauscht werden, da die Dichtungen im Betrieb verschleißen können. Die Dichtungen können zudem von den zu mischenden Komponenten angegriffen und dadurch beeinträchtigt werden, was ebenfalls von Zeit zu Zeit einen Austausch erforderlich macht. Um einen raschen Austausch zu ermöglichen, ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste rotierende Dichtung lösbar mit der Mischkammer und der Dosiereinheit verbunden ist und/oder dass die zweite rotierende Dichtung lösbar mit der Mischkammer und der Düseneinheit verbunden ist.
Bevorzugt ist ein Außendurchmesser der ersten rotierenden Dichtung kleiner als der Innendurchmesser der Hohlwelle gewählt, so dass die erste Dichtung in axialer Richtung durch die Hohlwelle des Hohlwellenmotors entnehmbar ist. Hierdurch wird erreicht, dass für einen Austausch der ersten rotatorischen Dichtung kein Ausbau des Hohlwellenmotors erforderlich ist. Zum Herausziehen der ersten rotatorischen Dichtung genügt eine Zange, mit der die erste rotatorische Dichtung durch die Hohlwelle hindurch gegriffen werden kann und anschließend herausgezogen werden kann. Ein Austausch der zweiten rotatorischen Dichtung ist unkritisch, da diese nach dem Abnehmen der Düseneinheit frei zugänglich ist und die Düseneinheit durch den vorgesehen werkzeuglos lösbaren Verschluss einfach abgenommen werden kann.
Bevorzugt sind die Dichtungen so mit dem Mischkopf verbunden, dass die Verbindungen ohne Werkzeug gelöst werden kann. Auf diese Weise lässt sich zumindest die nach Abnahme der Düseneinheit direkt zugängliche zweite rotatorische Dichtung vollständig ohne Einsatz von Werkzeug leicht entfernen und wieder einsetzen, so dass auch hier eine einfache und schnelle Wartung durch das Bedienpersonal möglich ist.
Die beschriebenen Mischköpfe sind beispielsweise Teil von Dosier- und Auftragsvorrichtungen, mit denen beispielsweise ein Mehrkomponentenklebstoff auf zu verklebende Bauteile aufgetragen wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Mischen von mindestens zwei Komponenten eines Klebstoffs unter Verwendung eines der beschriebenen Mischköpfe bereitzustellen.
Bevorzugt wird bei dem Verfahren eine Härter-Komponente des Klebstoffs, in Richtung der Längsachse der zylindrischen Mischkammer gesehen, dichter an der Auslassseite der Mischkammer zugeführt als eine Harzkomponente des Klebstoffs. Hierdurch wird erreicht, dass das Aushärten des Klebstoffs nicht in der Umgebung der Zuführung der Harzkomponente beginnt und somit die Bildung von Ablagerungen an dieser Zuführung reduziert wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es ein Verfahren zum Betrieb einer der beschriebenen Mischeinrichtung bereitzustellen, bei dem eine verschmutzte Mischkammer durch eine frische Mischkammer ersetzt wird. Bei dem Verfahren wird in einem ersten Schritt die Düseneinheit durch Lösen des Verschlusses abgenommen, so dass das Auslassende der verschmutzen Mischkammer frei liegt. Anschließend wird die verschmutzte Mischkammer in Richtung ihrer Längsachse aus der Hohlwelle des Hohlwellenmotors herausgezogen. Eine frische Mischkammer wird dann in die Hohlwelle eingesetzt, wobei die frische Mischkammer entlang ihrer Längsachse in die Hohlwelle eingeschoben wird. Nach dem Einsetzen der frischen Mischkammer wird die Düseneinheit wieder eingebracht und der Verschluss, mit dem die Düseneinheit in dem Mischkopf fixiert wird, wird wieder verschlossen.
Das Auswechseln der Mischkammer kann in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens automatisiert erfolgen, wobei ein Roboter die Düseneinheit abnimmt, die verschmutzte Mischkammer herauszieht, die frische Mischkammer einsetzt und die Düseneinheit wieder aufsetzt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist das Bereitstellen einer Mischeinrichtung, welche einen der beschriebenen Mischköpfe umfasst.
Vorteile der Erfindung
Der vorgeschlagene Mischkopf erlaubt einen einfachen Zugriff auf die Mischkammer und die Dichtungen, die bei einer Wartung oder Reinigung des Mischkopfs ersetzt werden müssen. Vorteilhafterweise ist ein Zugriff auf die Mischkammer einfach möglich, indem die Düseneinheit abgenommen wird. Ein Ausbauen oder Zerlegen des Hohlwellenmotors oder anderer an dem Hohlwellenmotor befestigter Komponenten oder Halterungen ist nicht erforderlich, die Mischkammer kann aus der Hohlwelle des Hohlwellenmotors in Richtung der Seite, an der sich im zusammengebauten Zustand die Düseneinheit befindet, herausgezogen werden. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass zum Abnehmen der Düseneinheit kein Werkzeug erforderlich ist. Die Düseneinheit ist an dem Mischkopf bzw. an der Mischeinheit über einen werkzeuglos lösbaren Verschluss fixiert, so dass dieser von einer Bedienperson schnell und ohne spezielles Werkzeug geöffnet und die Düseneinheit abgenommen werden kann.
Vorteilhafterweise ist die Mischkammer sowie gegebenenfalls der Mischkörper als Spritzgussteil ausgestaltet, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil, so dass dieses ein preisgünstiges Einwegteil darstellt. Aufwendige und kostenintensive Reinigungen können entfallen, da bei einer Wartung einfach eine neue Mischkammer eingesetzt wird.
In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen sind rotatorische Dichtungen, die die unbeweglichen Teile des Mischkopfs gegen die rotierende Mischkammer abdichten, lösbar angeordnet, so dass diese bei einer Wartung ebenfalls schnell ersetzt werden können. Hierbei ist insbesondere vorteilhaft, dass sich die erste rotatorische Dichtung, die zwischen der Dosiereinheit und der Mischeinheit angeordnet ist, durch die Hohlwelle des Hohlwellenmotors herausziehen lässt.
Dadurch wird vermieden, dass zum Wechseln der ersten rotatorischen Dichtung der Hohlwellenmotor ausgebaut werden muss. Somit lassen sich auch die Dichtungen mit wenigen Handgriffen ersetzen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Mischeinrichtung mit einem Mischkopf in einer Ansicht von vorne,
2 einen Schnittdarstellung des Mischkopfs von der Seite,
3 eine erste perspektivische Darstellung eines Steck-Dreh-Verschlusses und
4 eine zweite perspektivische Darstellung des Steck-Dreh-Verschlusses.
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 zeigt eine Mischeinrichtung 1 mit einem Mischkopf 10. Die Mischeinrichtung 1 umfasst Anschlüsse 22, über die die Mischeinrichtung 1 mit Vorratsbehältern für zu mischenden Komponenten verbindbar ist. Über die Anschlüsse 22 gelangen die zu mischenden Komponenten in jeweils eine Dosierkammer 20. Aus der Dosierkammer 20 werden die zu mischenden Komponenten über einen in der Dosierkammer angeordneten Kolben (nicht dargestellt) in den Mischkopf 10 gefördert. In der dargestellten Ausführungsform ist die Mischeinrichtung 1 zum Vermischen von zwei Komponenten eingerichtet und umfasst daher für jede der zu vermischenden Komponenten jeweils einen Anschluss 22 und eine Dosierkammer 20. In weiteren Ausführungsformen können für weitere Komponenten entsprechend weitere Anschlüsse 22 und Dosierkammern 20 vorgesehen werden.
Oberhalb der Dosierkammern 20 ist für jede der Dosierkammern 20 jeweils ein Antrieb 24 angeordnet, über den der Kolben innerhalb einer Dosierkammer 20 bewegt werden kann.
Der Mischkopf 10 der Mischeinrichtung 1 umfasst eine Dosiereinheit 12, eine Mischeinheit 14 und eine Düseneinheit 16. Die zu mischenden Komponenten gelangen über die Dosierkammern 20 in die Dosiereinheit 12. Über die Dosiereinheit 12 werden die zu mischenden Komponenten gemäß einem vorgegebenen Mischungsverhältnis in die Mischeinheit 14 eindosiert und dort miteinander vermischt. Das in der Mischeinheit 14 hergestellte Gemisch verlässt den Mischkopf 10 über eine Düse 74 der Düseneinheit 16.
2 zeigt den Mischkopf 10 in einer Schnittdarstellung von der Seite. Der Mischkopf 10 umfasst die Dosiereinheit 12, die Mischeinheit 14 und die Düseneinheit 16.
In der Schnittdarstellung ist nur eine der Dosierkammern 20 sichtbar. Eine erste zu mischende Komponente gelangt über einen Kanal 32 von der Dosierkammer 20 in eine erste Zuführung 28 der Dosiereinheit 12. Die erste Zuführung 28 umfasst ein Ventil 34 und einen Aktor 30, mit dem das Ventil 34 gesteuert werden kann. Die erste Zuführung 28 ragt mit einer ersten Öffnung 36 in eine Mischkammer 54 der Mischeinheit 14 hinein und mündet dort in die Mischkammer 54.
Eine zweite zu mischende Komponente gelangt von der in der Schnittdarstellung der 2 nicht sichtbaren Dosierkammer 20 in eine zweite Zuführung 38 der Dosiereinheit 12. Die zweite Zuführung 38 umfasst ein zweites Ventil 44, welches über einen zweiten Aktor 40 angesteuert wird. Die zweite zu mischende Komponente fließt durch das zweite Ventil 44 in Richtung der Mischkammer 54 und gelangt über eine zweite Öffnung 46 der zweiten Zuführung 38 in die Mischkammer 54. Die zweite Öffnung 46 grenzt bündig an die Mischkammer 54 an und ist konzentrisch zu der ersten Öffnung 36 angeordnet. Hierbei ist mit konzentrisch gemeint, dass der Mittelpunkt der ersten Öffnung 36 und der Mittelpunkt der zweiten Öffnung 46 beide auf der Längsachse der Mischkammer 54 liegen. Durch die konzentrische Anordnung kann beim Mischen der Komponenten eines Mehrkomponentenklebstoffs eine Härterkomponente über die erste Zuführung 28 so eingegeben werden, dass diese zunächst entlang der Längsachse der Mischkammer 54 fließt und von einer mit der zweiten Zuführung 38 eingegebenen Harzkomponente umschlossen wird. Auf diese Weise wird ein Aushärten des Klebstoffs im Bereich der Zuführungen 28, 38 vermieden. Insbesondere werden Ablagerungen an den Wänden der Zuführungen 28, 38 vermieden, da die Härterkomponente nicht an die Wände gelangen kann. Dies wird in der dargestellten Ausführungsform noch zusätzlich dadurch unterstützt, dass die erste Öffnung 36 der ersten Zuführung 28, in Längsrichtung der Mischkammer 54 gesehen, auf einer anderen Höhe in die Mischkammer 54 eindosiert wird.
Die Mischeinheit 14 des Mischkopfs 10 umfasst neben der Mischkammer 54, die in Form eines Kreiszylinders ausgeführt ist, einen Hohlwellenmotor 50. Die Mischkammer 54 ist in einer Hohlwelle 52 des Hohlwellenmotors 50 vollständig aufgenommen und mit der Hohlwelle 52 verdrehsicher verbunden. Dazu umfasst die Mischkammer 54 eine Rippe (nicht sichtbar) die in eine entsprechende Nute (nicht dargestellt) der Hohlwelle 52 eingreift.
Die Mischkammer 54 umfasst einen Mischkörper 56, welcher in der dargestellten Ausführungsform mehrere Mischelemente 57 umfasst. In der dargestellten Ausführungsform sind die Mischkammer 54 und der Mischkörper 56 einstückig ausgestaltet und als Kunststoffspritzgussteil ausgeführt. Eine Einlassseite 58 der Mischkammer 54 weist in Richtung der Dosiereinheit 12. Eine Auslassseite 60, die sich am entgegengesetzten Ende der Mischkammer 54 befindet, weist in Richtung der Düseneinheit 16. Die über die Zuführungen 28, 38 in die Mischkammer 54 eingegebenen Komponenten strömen auf die Auslassseite 60 zu. Die Mischkammer 54 wird über den Hohlwellenmotor 50 in eine Rotationsbewegung um ihre Längsachse versetzt, so dass die durch die Mischkammer 54 strömenden Komponenten intensiv vermischt werden. Dabei wird das Mischen durch die Mischelemente 57 des in der Mischkammer 54 angeordneten Mischkörpers 56 unterstützt. An der der Auslassseite 60 zugewandten Seite der Mischeinheit 14 weist die Mischeinheit 14 eine mit dem Hohlwellenmotor 50 verbundene Halteplatte 66 auf.
Die Düseneinheit 16 des Mischkopfs 10 umfasst eine Halterung 68 an der eine Düse 74 mit einer Düsenöffnung 76 befestigt ist. Die Düse 74 grenzt an die Auslassseite 60 der Mischkammer 54 an, so dass das in der Mischkammer 54 hergestellte Gemisch an der Auslassseite 60 aus der Mischkammer 54 austritt und in die Düse 74 gelangt. An der Düsenöffnung 76 verlässt das Gemisch den Mischkopf 10.
Die im Betrieb drehende Mischkammer 54 ist relativ zu der nicht drehenden Dosiereinheit 12 und zu der nicht drehenden Düseneinheit 16 jeweils mit einer rotatorischen Dichtung abgedichtet. Eine erste rotatorische Dichtung 62 ist zwischen der Mischkammer 54 und der Dosiereinheit 12 angeordnet und eine zweite rotatorische Dichtung 64 ist zwischen der Mischkammer 54 und der Düseneinheit 16 angeordnet.
In der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform grenzen die Dosierkammern 20 unmittelbar an die Dosiereinheit 12 an. In weiteren Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Dosiereinheit 12 über Leitungen, beispielsweise über Schläuche, mit den Dosierkammern 20 verbunden ist. Dies ermöglicht es, die Dosierkammer 20 räumlich getrennt von der Dosiereinheit 12 anzuordnen.
Die Düseneinheit 16 ist mit der Mischeinheit 14 über einen werkzeuglos lösbaren Verschluss, der hier als Steck-Dreh-Verschluss 70 ausgeführt ist, verbunden. Der Steck-Dreh-Verschluss 70 umfasst einen Stift 90 an der Halteplatte 66, der in eine Nute 92 der Halterung 68 eingreift, vergleiche 3. Zum Fixieren des Verschlusses ist zudem ein Seitendruckstück 72 vorgesehen, dar an der Halteplatte 66 angeordnet ist. Das Seitendruckstück 72 umfasst eine federbelastete Kugel, vergleiche 4, welche mit einer Vertiefung 73 an der Halterung 68 im vollständig geschlossenen Zustand des Steck-Dreh-Verschlusses 70 einen Formschluss eingeht.
Im Betrieb des Mischkopfs 10 können Ablagerungen in der Mischkammer 54 entstehen, die einen Austausch der Mischkammer 54 erforderlich machen. Zum Austauschen der Mischkammer 54 wird der Steck-Dreh-Verschluss 70 durch Drehen der Düseneinheit 16 geöffnet und die Düseneinheit 16 nach unten, also in Flussrichtung des Gemischs, abgenommen. Nach dem Abnehmen der Düseneinheit 16 liegen die zweite rotatorische Dichtung 64 und die Mischkammer 54 frei. Die Mischkammer 54 kann nun entlang der Längsachse der Mischkammer 54 nach unten, also in Richtung der Flussrichtung des Gemischs, aus der Hohlwelle 52 des Hohlwellenmotors 50 herausgezogen werden. Sollte auch eine Wartung der rotatorischen Dichtungen 62, 64 erforderlich sein, so kann anschließend die erste rotatorische Dichtung 62 unter Verwendung einer Zange gegriffen und durch die Hohlwelle 52 hindurch herausgezogen werden. Dies ist möglich, da der Außendurchmesser der ersten rotatorischen Dichtung 62 den Innendurchmesser der Hohlwelle 52 nicht übersteigt. Die zweite rotatorische Dichtung 64 liegt direkt frei, so dass deren Austausch unkritisch ist.
Nach dem Entfernen der zu ersetzenden Mischkammer 54 wird gegebenenfalls eine neue erste rotatorische Dichtung 62 eingesetzt und anschließend eine neue Mischkammer 54 in die Hohlwelle 52 eingeschoben. Nach dem Einsetzen der zweiten rotatorischen Dichtung 64 wird die Düseneinheit 16 auf die Halteplatte 66 aufgesteckt und durch Schließen des Steck-Dreh-Verschlusses 70 fixiert.
3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Steck-Dreh-Verschlusses 70, bei der mit Bezug zur 2 von rechts auf den Steck-Dreh-Verschluss 70 geblickt wird. Der Steck-Dreh-Verschluss 70 umfasst an der Halterung 68 der Düseneinheit 16 eine Nute 92, in die ein Stift 90 der Halteplatte 66 der Mischeinheit 14 eingreift. Durch die Form der Nute 92 wird beim Schließen des Steck-Dreh-Verschlusses 70 eine Bewegung vorgegeben, bei der die Düseneinheit 12 zunächst auf die Halteplatte 66 der Mischeinheit 14 aufgesteckt wird und anschließend relativ zur Mischeinheit 14 gedreht wird. Während der Drehbewegung wird die Düseneinheit 16 weiter an die Mischeinheit 14 herangeführt. Dabei wird die Düseneinheit 16 mit zunehmender Kraft gegen die zweite rotatorische Dichtung 64 gedrückt, vergleiche 2, bis nach dem Erreichen der Endposition des Stiftes 90 in der Nute 92 eine definierte Anpresskraft erreicht ist. Durch diese Anpresskraft wird die Düseneinheit 16 fest gegen die zweite rotatorische Dichtung 64 gepresst. Die Kraft wird weiter auf die Mischkammer 54 und auch auf die erste rotatorische Dichtung 62 übertragen. Durch die Anpresskraft wird die dichtende Wirkung der rotatorischen Dichtungen 62, 64 unterstützt.
4 zeigt eine zweite perspektivische Darstellung des zur Fixierung des Steck-Dreh-Verschlusses 70 verwendeten federbelasteten Elements. Mit Bezug zur 2 stellt die 4 einen Blick von Links auf den Steck-Dreh-Verschluss 70 dar. Das federbelastete Element ist als Seitendruckstück 72 ausgeführt, welches an der Halteplatte 66 der Mischeinheit 14 befestigt ist. Das Seitendruckstück 72 weist eine Kugel 71 auf, die durch Federbelastung in einer vorgegebenen Position gehalten wird. Zum Auslenken der Kugel 71 muss eine Kraft aufgewendet werden, die die Vorspannkraft der Federbelastung übersteigt.
Im verschlossen Zustand des Steck-Dreh-Verschlusses 70 greift die Kugel 71 in eine Vertiefung 73 ein, die an der Halterung 68 der Düseneinheit 16 angeordnet ist. Dabei wird ein Formschluss ausgebildet, der ein ungewolltes Öffnen des Steck-Dreh-Verschlusses 70 verhindert. Zum Öffnen des Steck-Dreh-Verschlusses 70 muss durch Kraftaufwendung die Kugel 71 aus dem Eingriff der Vertiefung 73 gelöst werden, so dass eine Drehbewegung der Halterung 68 relativ zur Halteplatte 66 nicht mehr blockiert wird.
Der vorgeschlagene Steck-Dreck-Verschluss 70 lässt sich einfach und ohne Verwendung eines Werkzeugs öffnen und schließen.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2181827 A2 [0004]
DE 102008018379 A1 [0006]

Claims

Mischkopf (10) umfassend eine Dosiereinheit (12) mit mindestens zwei Zuführungen (28, 38) für zu mischende Komponenten, eine Mischeinheit (14) und eine Düseneinheit (16), wobei die Mischeinheit (14) eine zylindrische Mischkammer (54) aufweist, an einer Einlassseite (58) der zylindrischen Mischkammer (54) für jede zu mischende Komponente eine Zuführung (28, 38) der Dosiereinheit (12) in die zylindrische Mischkammer (54) mündet, die Mischkammer (54) konzentrisch in einem Hohlwellenmotor (50) angeordnet ist und verdrehsicher mit einer Hohlwelle (52) des Hohlwellenmotors (50) verbunden ist, und an einer Auslassseite (60) der zylindrischen Mischkammer (54) die Düseneinheit (16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinheit (16) über einen werkzeuglos lösbaren Verschluss (70) mit der Mischeinheit (14) verbunden ist und dass die zylindrische Mischkammer (54) derart ausgestaltet ist, dass diese in Richtung ihrer Längsachse aus der Hohlwelle (52) entnehmbar ist.
Mischkopf (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der werkzeuglos lösbare Verschluss zwischen der Mischeinheit (14) und der Düseneinheit (16) als Steck-Dreh-Verschluss (70) ausgestaltet ist.
Mischkopf (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Zuführungen (28, 38), in Richtung der Längsachse der zylindrischen Mischkammer (54) gesehen, auf unterschiedlichen Höhen in die Mischkammer (54) münden.
Mischkopf (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Mischkammer (54) einen in ihrem Inneren angeordneten Mischkörper (56) umfasst.
Mischkopf (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkörper (56) verdrehsicher mit der zylindrischen Mischkammer (54) verbunden ist und/oder dass der Mischkörper (56) und die Mischkammer (54) einstückig ausgestaltet sind.
Mischkopf (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkörper (56) und/oder die Mischkammer (54) als Spritzgussteil ausgestaltet ist.
Mischkopf (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Dosiereinheit (12) und der Einlassseite (58) der Mischkammer (54) eine erste rotatorische Dichtung (62) und zwischen der Auslassseite (60) der Mischkammer (54) und der Düseneinheit (16) eine zweite rotatorische Dichtung (64) angeordnet ist.
Mischkopf (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste rotatorische Dichtung (62) lösbar mit der Mischkammer (54) und der Dosiereinheit (12) verbunden ist und/oder dass die zweite rotatorische Dichtung (64) lösbar mit der Mischkammer (54) und der Düseneinheit (12) verbunden ist.
Mischkopf (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser der ersten rotatorische Dichtung (62) kleiner als der Innendurchmesser der Hohlwelle (52) gewählt ist, so dass die erste rotatorische Dichtung (62) in axialer Richtung durch die Hohlwelle (52) des Hohlwellenmotors (50) entnehmbar ist.
Verfahren zum Mischen eines mindestens zwei Komponenten umfassenden Klebstoffs, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischen unter Verwendung eines Mischkopfs (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Härter-Komponente des Klebstoffs, in Richtung der Längsachse der Mischkammer (54) gesehen, dichter an der Auslassseite (60) der Mischkammer (54) zugeführt wird als eine Harzkomponente des Klebstoffs.
Verfahren zum Betrieb eines Mischkopfs (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine verschmutzte Mischkammer (54) durch eine frische Mischkammer (54) ersetzt wird, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Abnehmen der Düseneinheit (16) durch Lösen des Verschlusses (70), so dass das Auslassende (60) der verschmutzen Mischkammer (54) frei liegt, b) Herausziehen der verschmutzten Mischkammer (54) entlang ihrer axialen Richtung aus der Hohlwelle (52) des Hohlwellenmotors (50), c) Einsetzen der frischen Mischkammer (54) in die Hohlwelle (52) und d) Anbringen der Düseneinheit (16) durch Schließen des Verschlusses (70).
Mischeinrichtung (1) umfassend einen Mischkopf (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.