DE2541656C3 - Dosieranlage zur kontinuierlichen Dosierung von mindestens zwei Stoffen in bestimmten und einstellbaren Mengen und Proportionen - Google Patents
Dosieranlage zur kontinuierlichen Dosierung von mindestens zwei Stoffen in bestimmten und einstellbaren Mengen und ProportionenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Dosieranlage zur kontinuierlichen Dosierung von mindestens zwei Stoffen in
bestimmten und einstellbaren Mengen und Proportionen, insbesondere zum Befördern von Kunstharz und
anderen Stoffen, wie Katalysatoren und Beschleunigern, wobei die verschiedenen Stoffe durch je eine besondere
Dosiereinheit geliefert werden, mit mindestens zwei Druckmittelzylindern zum Betätigen von Fördermitteln,
deren einer als erster Arbeitszylinder mit Richtungswandler an eine Druckinittelquelle, und deren anderer
als weiterer Arbeitszylinder mindestens an einen Arbeitsraum des ersten Arbeitszylinders angeschlossen ^o
ist, wobei Mittel zum Regeln der Hubliinge des weiteren Arbeitszylinders vorgesehen sind.
Eine weit verbreitete Art der Beförderung von Kunstharz und Hilfsstoffen besteht darin, daß sowohl
das Harz wie auch die Hilfsstoffe, z. B. die Katalysatoren π
und Beschleuniger durch Kolbenpumpen befördert werden, die mit einer mechanischen Hebelübersetzung
zum Regeln der Proportionen verbunden sind. Bei dieser mechanischen Kupplung der verschiedenen
Förderpumpen besteht aber vor allem der Nachteil, daß so
die Anzahl der Stoffe, die gleichzeitig geliefert werden sollen, ziemlich beschränkt ist« weil sonst der Aufbau
und die Wirkungsweise der Anlage zu umständlich wäre. Auch der Bereich der wählbaren Proportionen ist
beschränkt, weil eine Hebelübersetzun.g keine extremen
Einstellungen zuläßt, wie dies leicht eingesehen werden kann. Eine weitere Unzulänglichkeit besteht darin, daß
durch die mechanische Verbindung der Förderpumpen diese einander naheliegen müssen, damit sie mechanisch
miteinander gekuppelt werden können. Insbesondere wird als Nachteil empfunden, daß in den Förderpumpen
der Druck ein Mehrfaches der zugelassenen Werte erreichen kann, wenn sie zu liefern aufhören. Die
Druckzunahme kann mehrere hundert Atmosphären erreichen, wodurch die Anlage bereits schadhaft werden
kann. Der hohe Raumbedarf, die umständliche Bai ■ und Wirkungsweise mit den damit verbundenen Schwierigkeiten
der Instandhaltung usw. wirken ebenfalls gegen die Verbreitung der bekannten mechanischen Dosieranlagen
mit Hebelübersetzung. Solche mechanischen Kupplungen zwischen verschiedenen Förderpumpen
sind z.B. aus der DE-AS 19 51959 und den DE-PS
9 i 9 373 und 5 25 190 bekannt.
Aus der DE-AS 17 82 349 ist eine Dcsieranlage der eingangs genannten Gattung bekannt. Diese Vorrichtung
dient zum Mischen von Flüssigkeiten und strömungsfähigen Medien, ist aber zur gleichzeitigen
Dosierung verschiedenartiger Stoffe, wie z. B. Flüssigkeiten und Feststoffe, gänzlich ungeeignet. Ferner wird
bei der bekannten Vorichtung ein Entnahmebehälter als Zwischenspeicher für das hergestellte Gemisch benötigt,
wobei der darin vorhandene Druck als Regelgröße für die Steuerung der einzelnen Förderpumpen
verwendet wird. Als Förderpumpen werden Verdrängerpumpen verwendet, die an den geschlossenen
Entnahmebehälter angeschlossen sind und auf die der Druck im Entnahmebehälter zurückwirken kann.
Aufgabe der Erfindung ist daher eine Dosieranlage der obengenannten Gattung, mit der sich auch so
verschiedenartige Stoffe, wie Flüssigkeiten und Feststoffe, gleichzeitig dosieren lassen, und die ohne einen
geschlossenen Entnahmebehälter für die zu dosierende Stoffe auskommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Dosierungsvorrichtung der genannten Gattung gelöst,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß der weitere Arbeitszylinder sich mit mindestens einem seiner
Arbeitsräume unmittelbar an einen Arbeitsraum des ersten Arbeitszylinders anschließt, wobei zum Regeln
der Betätigung des ersten Arbeitszylinders an seinem Fördermittel ein Steuerventil vorgesehen ist und beide
Fördermittel auf je eine eigene Druckleitung fördern.
Im Gegensatz zum genannten Stand der Technik ist
es erfindungsgemäß möglich, daß die Betätigung des ersten Arbeitszylinders geregelt werden kann und daß
beide Fördermittel ai:f je eine eigene Druckleitung
arbeiten. Hierdurch ist es möglich, verschiedene Stoffe gesondert zu befördern, was häufig gerade auf dem
Gebiet der Kunststofftechnik notwendig ist. um z. B. Explosionen zu vermeiden.
Der Aufbau sowie der Betrieb der Dosieranlage ist äußerst einfach und übersichtlich. Die Regelung erfolgt
in der Weise, daß durch Verstellen des Steuerventils das gesamte System umgestellt wird, ohne daß die
Proportionen zwischen den einzelnen gelieferten Stoffen eine Änderung erleiden. Es ist dabei möglich,
Feststoffe wie Sand usw. in beliebigen Anteilen mit flüssigen Stoffen gleichzeitig zu dosieren, Ferner
können die Förderpumpen bei unterschiedlichen belie< bigen Drucken arbeiten, während beim bekannten
Gegenstand die Arbeitsdrucke für die Förderpumpe durch den im Zwischenbehälter herrschenden Drück
größenordnungsmäßig vorgegeben waren,
Gemäß einer bevorzugten AusfütifUngsfofm ist bei
der Dosieranlage der Zylinderdeckel hinter dem Kolben als eine am einen Ende geschlossene Hülse mit
Innengewinde ausgebildet, wobei das Innengewinde der
Hülse zwecks Einstellbarkeit der Hublänge des Kolbens mit einem Außengewinde des Zylinders eingreift.
Die Kopplung der verschiedenen Arbeitszylinder miteinander erfolgt pneumatisch oder hydraulisch.
Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Verrichtung
zum Befördern von Kunstharz und anderen Stoffen, wie Katalysatoren und Beschleunigern. Die
DruckmittelzylinJer können einseitig beaufschlagte Kolben aufweisen und z. B. mit Rückführfedern
ausgestattet ein. Zweiseitig beaufschlagte Kolben sind aber weicher im Betrieb, einfacher und zuverlässiger.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Figuren erläutert, in denen ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Dosieranlage dargestellt ist
F i g. 1 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels.
Fig.2 ist ein Längsschnitt einer vorteilhaften beispielsweisen Ausführungsform eines Arbeitszylinders
der erfindungsgemäßen Dosieranlage.
Gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen weisen auf ähnliche Einzelheiten hin.
In der Zeichnung ist mit 10 eine Förderpumpe für Kunstharz bezeichnet. Weitere Förderpumpen 12 bzw.
14 können z. B. zum Befördern eines Katalysators bzw. eines Beschleunigers dienen. Alle Förderpumpen 10,12
und 14 werden durch druckmittelbetätigte Antriebe in Bewegung gesetzt, welche aus pneumatischen oder
hydraulischen Zylindern bestehen. Das durch die Förderpumpe 10 gelieferte Harz dürfte unter den
gelieferten Stoffen die höchste Viskosität aufweisen. Deshalb weist der die Kolbenpumpe 10 betätigende
Zylinder im Verhältnis die geringste Hubgeschwindigkeit auf. so daß er besonders geeignet ist, als erster
Arbeitszylinder 16 gewählt zu werden und das Druckmittel zu den Antrieben der einzelnen Förderpumpen
12 und 14 weiterzuleiten. Je geringer nämlich die Hubgeschwindigkeit ist, desto höher ist die
Genauigkeit der Weiterleitung der Druckänderungen. Die Förderpumpen 12 bzw. 14 für den Katalysator bzw.
den Beschleuniger werden durch je einen weiteren Arbeitszylinder 18 bzw. 20 betätigt, die mit dem ersten
Arbeitszylinder 16 in der nachstehend beschriebenen Weise über das Druckmittel gekoppelt sind. Förderpumpen
und die sie betätigenden Arbeitszylinder bilden paarweise Dosiereinheiten A, B, C von denen die
Dosiereinheit A gleichsam die Steuerung der Dosiereinheiten ßund C verrichtet.
Mit 22 ist eine Energiequelle des Systems, z. B. ein
Anschluß an ein Druckmittelnetz bezeichnet.
Die Förderpumpe 10 ist mit einer Saugleitung 24 zum Ansaugen von Kunstharz und einer Druckleitung 26 zur
Weiterbeförderung des Kunstharzes zu seinem Bestimmungsort ausgerüstet. Die Förderpumpen 12 bzw. 14
weisen ebenfalls Saugleitungen 28 bzw. 30 und Druckleitungen 32 bzw. 34 auf.
In der Verbindungsleitung zum Druckmittelanschluß 22 ist im gezeichneten Fall ein Drosselventil 50 zur
Regelung der Hubgeschwindigkeit bzw. der Hubfrequenz des Kolbens 48 angeordnet.
Der Richtungswandler 36 des ersten Arbeitszylinders 16 wird beim dargestellten Ausfiihrungsbeispiel in an
sich bekannter Weise durch einen Anschlag 52 an der Kolbenstange 48a des ersten Arbeitszylinders 16
gesteuert. Ferner sind doppelt wirkende weitere Arbeitszylinder 18, 20 Vorgesehen, die sich mit ihren
Arbeitsräumen 18a, I8b bz\U 2Öa und 20b unmittelbar an
die Arbeitsräume 16a bzw. 166 des ersten Arbeitszylinders
16 anschließen. Diese Ausführungsforrn zeichnet sich durch hohe Betriebssicherheit, gleichmäßigen Lauf,
einfachen Aufbau und preiswerte Ausführung aus, was vor allem der zweiseitigen Beaufschlagung der Kolben
zuzuschreiben ist
Mit 58 bzw. 60 sind Hubbegrenzer der Arbeitszylinder 18 bzw. 20 bezeichnet, wodurch die Hublänge dieser
in Frequenzabhängigkeit vom ersten Arbeitszylinder 16 arbeitenden weiteren Arbeitszylinder geändert werden
ίο kann.
Mit 66 ist ein Druckventil in der Druckleitung 26 der
Kolbenpumpe bezeichnet, das ebenfalls geeignet ist, die
Betätigung des ersten Arbeitszylinders 16 zu regeln,
wobei die Regelwirkung über die Kolbenpumpe 10 auf
den Arbeitszylinder 16 weitergeleitet wird.
Die dargestellte beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosieranlage arbeitet wie folgt:
Wird der im nicht dargestellten Druckmittelnetz herrschende Druck über den Anschluß 22 angelegt, so
strömt das Druckmittel in Abhan,, ^keit von der
Betriebslage des Kichtungswandiers 36 in Jen Arbeitsraum
16a oder 166 vor bzw. nach dem Kolben 48 des ersten Arbeitszylinders 16 in der Dosiereinheit A. Der
Kolbi η 48 bewegt sich z. B. solange in der Zeichnung
nach unf % bis der Anschlag 52 den Richtungswandler 36 in an sich bekannter Weise umsteuert und das
Druckmittel in den Raum 16a vor dem Kolben 48 zuströmen läßt. Dann bewegt sich der Kolben 48
aufwärts, bis durch den Anschlag 52 wieder eine m Umsteuerung des Richtungswandler 36 erfolgt.
Die Kolbenstange 48a betätigt nun die Kolbenpumpe
10. die jetzt Harz über die Saugleitunt· 24 ansaugen und
über die Druckleitung 26 liefern wird.
Der im Arbeitsraum 16a bzw. 16b vor bzw. hinter dem
Kolben 48 herrschende Druck wirkt über die Druckmittelleitung 68a bzw. 68/) unmittelbar auf die Arbeitsräume
18a und 20a bzw. 186 und 20£> ein. Somit werden die
Kolben 62 bzw. 64 der Zylinder 18 bzw. 20 entsprecl.end
in alternative Bewegungen versetzt, wobei dann die 4i) Kolbenpumpe 12 bzw. 14 über ihre Saugleitungen 28
bzw. 30 wohibestimmte Mengen an Katalysator bzw. Beschleuniger über die Druckleitungen 32 bzw. 34 zum
Bestimmungsort an der Verarbeitungsbtelle befördern werden.
Der Stoffluß über die verschiedenen Förderpumpen 10,12 und 14 ist durch Pfeile angedeutet.
Es ist nun ersichtlich, daß die Gesamtmenge der Stofflieferung durch die Hubgeschwindigkeit bzw. die
Hubfrequenz des ersten Arbeitszylinders 16 bestimmt ist, da bei einer gegebenen Hublänge offensichtlich die
Hubgeschwindigkeit bzw. die Hubfrequenz die spezifische Durchflußmenge best;mmen und über die pneumatische
biw. hydraulische Kopplung der weiteren Arbeitszylinder auch für die Hubgeschwindigkeiten
bzw. Hubfrequenzen ier letzteren bestimmend s'jid. Soll
die Gesamtlieferung geändert werden, so muß die Hubgeschwindigkeit bzw. die Hubfrequenz des ersten
Arbeitszylinders Vi geändert werden, was z. B. durch
Regelung des Drosselventils 50 und/oder des Drosselbo
ventils 66 enolgen kann. Es wäre aber auch möglich, z. B. Fernsteuerimpulse zu verwenden oder in den
Arbeitszylinder 16 ein pneumatisches oder hydraulisches Zeitrelais einzubauen, wodurch z. B. die Hubfrequenz
ebenfalls geändert werden könnte. Die gegenseitigen Proportionen der verschiedenen
gelieferten Stoffe, d.h. im Vorliegenden Fall die Proportionen des Harzes und des Katalysators bzw. des
Beschleunigers untereinander wird dagegen durch eine
Änderung der Hublängen der einzelnen weiteren Arbeitszylinder 18 und 20 geändert. Dies hat zur Folge,
daß bei übrigens unveränderter Hubgeschwindigkeit bzw. Hubfrequenz, die infolge der Ffequenzabhängigkeit
sämtlicher weiteren Arbeitszylinder 18,20 usw. vom ersten Arbeitszylinder 16 durch diesen bestimmt sind,
größere oder geringere Mengen durch die einzelnen Kolbenpumpen 12 bzw. 14 usw geliefert werden. Diese
Änderung erfolgt mittels der Hubbegrenzer 58 bzw. 60 usw.
Fig. 2 zeigt den Längsschnitt einer vorteilhaften beispielsweisen Ausführungsform eines weiteren Arbeitszylinders.
Wie ersichtlich, ist in einer Zylinderbuchse 74 ein Zylinderkolben 76 mit einer Kolbenstange 78
für axiale Gleitbewegungen angeordnet. Hiter dem Zylinderkolben 76 ist die Zylinderbuchse 74 durch einen
oberen Zylinderdeckel 80 abgeschlossen, der als eine an einem Ende geschlossene Hüise mit Innengewinde
ausgebildet ist. Vor dem Kolben 76 ist die Zylinderbuchse 74 durch einen unteren Zylinderdeckel 82 mit einer
Führungsbuchse 84 abgeschlossen, welche die Kolbenstange 78 umgibt. Die Zylinderbuchse 74 ist oben mit
einem Außengewinde versehen, das mit einem Innengewinde des oberen glockenförmigen Teiles des oberen
Zylinderdeckels 80 eingreift. An der inneren Bodenfläche 80a des glockenförmigen oberen Zylinderdeckels 80
ist ein zylindrischer Anschlagzapfen 86 befestigt, der mit einer den Dachteil des Kolbens 76 aufnehmenden
Ausnehmung 88 versehen ist In der Wand der Zylinderbuchse 74 sind Bohrungen 90 ausgebildet,
welche über radiale Öffnungen 92 in Arbeitsräume 94a bzw. 946 vor bzw. hinter dem Kolben 76 ausmünden. An
die Bohrungen 90 schließen sich radiale Anschlußbohrungen 96 an. die in einem Paßrand 98 der
Zylinderbuchse 74 ausgebildet sind.
Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel ist an der Mantelfläche der Zylinderbuchse 74 eine Abflachung
100 vorgesehen, die eine Skaleneinteilung 102 trägt.
Der untere Zylinderdeckel 82 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Gewinde 104 versehen,
mittels welchem er an einp FörHprniimpp 7 R an die
Förderpumpe 12 für den Katalysator' der früheren Ausführungsbeispiele angeschlossen werden kann.
Im Betrieb kann die Hublänge des Kolbens 76 anhand der Skaleneinteilung 102 an der Abflachung 100
beobachtet werden. Soll die Hublänge geändert werden, dann wird der obere Zylinderdeckel 80 derart verdreht,
daß der Abstand zwischen dem Anschlagzapfen 86 bzw. seiner Ausnehmung 88 und dem Da^hteil des Kolbens
76 sich in Abhängigkeit von der Drehrichtung vergrößert oder verringert. Auf diese Weise kann eine
sehr feine Einstellung der Hublänge im Gegensatz zu den bekannten mechanischen Einrichtungen erreicht
werden, was insbesondere bei der Bestimmung der Proportionen von Hilfsstoffen, die in verhältnismäßig
sehr geringen Mengen geliefert sein sollen, vorteilhaft ist
Aus den beschriebenen Dosiereinheiten bzw. Arbeitszylinder und den ihnen zugeordneten Förderpumpen
kann zweckmäßig eine Modulreihe gebildet werden, aus der Anlagen zusammengestellt werden können, die zum
Verrichten der verschiedensten Aufgaben, insbesondere zum Verarbeiten von Kunstharz dienen können. Die
Lieferung von Kunstharz ist als Beispiel beschrieben worden. Offensichtlich können beliebige Stoffe in der
durch die Erfindung angeregten Weise proportioniert und geliefert werden, falls sie zur Beförderung
insbesondere durch Kolbenpumpen geeignet sind.
Zur Beschickung eines Polyesterharzes kann z. B. ein pneumatischer erster Arbeitszylinder zur Anwendung
gelangen, der 60 Hübe pro Minute ausführt. Mit diesem Arbeitszylinder wird eine doppelt wirkende Förderpumpe
mit einer Hublänge von 100 mm betätigt. Das Hubvolumen der Pumpe beträgt 100 cm3. Die alternierende
Bewegung wird durch einen Richtungswandler gesichert. Der unlere Arbeitsraum und der obere
Arbeitsraum des ersten Arbeitszylinders werden mit dem unteren bzw. oberen Arbeitsraum zweier gleichförmiger
weiterer Arbeitszylinder mit einer Hublänge von je 50 mm verbunden. Dieser weiteren Arbeitszylinder
betätigen je eine doppelt wirkende Förderpumpe mit einem Hubvolumen von 10cmJ bzw. 5cm3. Die
Hublängen der weiteren Arbeitszylinder können durch hinter dein Kolben ungeui in-liie Anschläge inii Schraubengewinde
zwischen 50 mm und 5 mm eingestellt werden. Die größere Förderpumpe dient als Hilfspumpe
zum Befördern eines Katalysators, während die kleinere Förderpumpe zur Beschickung eines Beschleunigers
dient, die als Hilfsstoffe dem Harz beigemischt werden sollen. Die Menge des Katalysators bzw. die des
Beschleunigers kann in Abhängigkeit von der Hublänge in einem prozentualen Verhältnis von 10 bis 0,5 bzw. 5
bis .»,25 eingestellt werden. Das Harz, der Katalysator
und der Beschleuniger werden einem Mischer zugeführt, in welchem sie vermischt und nachher in der
herkömmlichen Weise verarbeitet werden.
Auf ähnliche Weise wurdv.· bei einer Maschine zum Herstellen von Epoxybeton eine Dosieranlage mit
einem ersten Arbeitszylinder und vier weiteren Arbeitszylindern eingesetzt. Der erste Arbeitszylinder
betätigte eine doppelt wirkende Harzpumpe, während der erste weitere Zylinder zur Betätigung einer
Förderpumpe zur Beschickung eines Härters diente. Die übrigen drei weiteren Zylinder betätigten je einen
Beschicker für Sande verschiedener Korngröße.
Bei der erfindunsgemäßen Vorrichtung kann die genaue Proportion der einzelnen KomDonenten in
Abhängigkeit von der Zeit innerhalb je eines Hubes des ersten Arbeitszylinders vom Sollwert abweichen. Dies
ist aber auch unerheblich, da die zu befördernden absoluten Mengen praktisch um mehrere Größenordnungen
größer sind als die während eines einzigen Hubes beförderte Menge. Die Abweichung ist somit
belanglos. Sollte jedoch die Proportionalität in Abhängigkeit von der Zeit doch gleichmäßg sein, so können
ein oder mehrere Ausgleichsgefäße im Systen. srorgesehen werden.
Bei wiederholter Verwendung von Stoffen von vorbestimmten und berechenbarem Materialbedarf,
z. B. bei der Serienherstellung von Kunstharzprodukten ist es besonders einfach, wenn die zu befördernde und
im voraus bestimmte absolute Menge durch pneumatisches Zählen der Hubzahl oder der Betriebsdauer eines
beliebigen Arbeitszylinders, vorteilhaft des ersten Arbeitszylinders und durch ein automatisches Abstellen
des Systems beim Erreichen einer vorerwähiten Hubzahl oder Betriebsdauer eingestellt wird.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß sie geeignet ist, praktisch
eine beliebige Anzahl von Dosiereinheiten, die an beliebigen Steiien angeordnet sind, bezüglich der
Hubfrequenz synchron zu betätigen, wodurch sie zum Verrichten von weit auseinanderliegenden Dosierungsaufgaben ausgebildet werden kann. Sehr vorteilhafte
Ergebnisse sind durch Versuche erreicht worden, bei welchen die erfindungsgemäße Einrichtung an Spritzpistolen der Verschiedensten Art zUfn Herstellen von
Küfislriarzpfödukten mit Glasfasergerüst angepaßt
worden ist. Zusätzlich konnte eine leichte Handhabe und eine beträchtliche Ersparnis an Material als Vorteil
bestätigt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Dosieranlage zur kontinuierlichen Dosierung von mindestens zwei Stoffen in bestimmten und
einstellbaren Mengen und Proportionen, insbesondere zum Befördern von Kunstharz und anderen
Stoffen, wie Katalysatoren und Beschleunigern, wobei die verschiedenen Stoffe durch je eine
besondere Dosiereinheit geliefert werden, mit mindestens zwei Druckmittelzylindern zum Betätigen
von Fördermitteln, deren einer als erster Arbeitszylinder mit Richtungswandler an eine
Druckmittelquelle, und deren anderer als weiterer Arbeitszylinder mindestens an einen Arbeitsraum
des ersten Arbeitszylinders angeschlossen ist, wobei Mittel zum Regeln der Hublänge des weiteren
Arbeitszylinders vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Arbeitszylinder
(18) sich mit mindestens einem seiner Arbeitsräume (18a, ISb) unmittelbar an einen Arbeitsraum (16a,
ιό'ο) des ersten Arbeiiszyiinders (iö) anschließt,
wobei zum Regeln der Betätigung des ersten Arbeitszylinders (16) an seinem Fördermittel (10) ein
Steuerventil (66) vorgesehen ist und beide Fördermittel (10, 12) auf je eine eigene Druckleitung (26,32)
fördern.
2. Dosieranlage nach Anspruch 1 mit Kolben, Zylinder und Zylinderdeckeln, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinderdeckel (80) hinter dem Kolben (76) als eine an einem Ende geschlossene Hülse mit
Innengewinde lusgebildet ist, wobei das Innengewinde der Hülse zwecks Einstel'^arkeit der Hublänge
des Kolben;, (82) mit einem Außengewinde des Zylinders (74) eingreift.
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