DE2029138C3 - Verfahren und Vorrichtung zum synchronen Dosieren von zwei oder mehr fließfähigen, miteinander zu mischenden Komponenten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum synchronen Dosieren von zwei oder mehr fließfähigen Komponenten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Herstellung von Formkörpern aus Mehrkomponentenkunststoffen, wie Polyurethan, Elastomere, Epoxyde, Lactame od. dgl. wird gleichzeitiges Eintreten der einzelnen Komponenten in den Mischbehälter sowie gleichzeitiges Beenden der Komponentenzufuhr verlangt, um ein homogenes Gemisch während der Mischperiode zu erhalten. Es soll mithin weder eine Komponente zeitlich vor einer anderen oder in einer nicht rezepturgerechten Menge in den Mischbehälter eintreten noch beim Förderende länger als eine andere Komponente nachlaufen.

Der gleichzeitige Förderbeginn und das gleichzeitige Fördtrende. also das synchrone Dosieren, von mehreren Komponenten in einen Mischbehälter gestaltet sich äußerst schwierig, besonders wenn die von den Speisepumpen zum Mischbehälter führenden Druckleitungen verschieden lang und stark bemessen sind, wenn ferner unterschiedliche Viskositäts- und Kompressibilitätsverhältnisse der einzelnen Komponenten vorliegen sowie wenn die Fördermengen der zu mischenden Komponenten differieren und aus diesen Gründen ein unterschiedlich rascher Druckaufbau in den Druckleitungen erhalten wird. Ebenso schwierig ist es, den Komponentenzulauf von einem Mischbehälter auf einen oder ggf. auf mehrere weitere Mischbehälter umzusteuem, ohne dabei erneut durch ein unterschiedliches Anlaufverhalten beim Einleiten der Komponenten in den bzw. die Mischbehälter die Homogenität des Gemisches zu gefährden.

Bei den bekannten Dosierverfahren der eingangs bezeichneten Art entspricht die Vorspannung der drucköffnenden Verschlußdüsen im Regelfall dem von den Speisepumpen beim Verdüsen aufgebauten Mischungsdruck. Beim Abstellen der Speisepumpen schließen die Verschlußdüsen indessen vielfach infolge einer ungleichmäßigen Hubstellung der einzelnen Speisepumpen zueinander nicht im gleichen Takt. Ein darauf beruhendes Nachlaufen einer Komponente soll gemäß einer durch die DE-PS 11 49 886 bekanntgewordenen Maßnahme dadurch unterbunden werden, daß gleichzeitig mit dem Abschalten der Speisepumpen die Druckleitung entlastet wird. Diese Patentschrift gibt keine Lehre dafür, wie das Anlaufverhalten der Komponentenverdüsung einander angeglichen werden kann. Außerdem erstrecken sich die vorgeschlagenen Maßnahmen nicht auf den Fall des Dauerbetriebs der Speisepumpen.

Der DE-AS 11 52 532 ist zwar bereits die Aufgabe entnehmbar, die zu vermischenden Komponenten völlig synchron in den Mischraum eintreten zu lassen. Ob dieses Ziel dort erreicht wird, hängt nicht nur von der dort angegebenen Maßnahme ab, die einen Volumenausgleich zwischen Pumpe und Mischraum vorsieht, sondern erfordert auch eine gleiche Einstellung der

einzelnen Verschlußdüsen und eine übereinstimmende Charakteristik der öffnungs-, Durchfluß- uid Schließvorgänge für die einzelnen Komponenten. Letzteres stellt an die Pumpen qualitativ hohe Anforderungen. Schließlich ändern sich während des Betriebs die Temperaturverhältnisse der Maschine und der Komponenten, was zu unterschiedlichen Viskositäten ,uer Komponente η führt Diese Verhältnisse gewährleisten kein optimales Dosieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, gemäß dem ein unterschiedliches öffnen der Verschlußdüsen beim Überschreiten des eingestellten Mischungsdruckes in einer der Druckleitungen vermieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die Maßnahmen nach dem Anspruch 1 vorgeschlagen. Dadurch wird in den Kreisläufen der Komponenten ein Vordruck aufgebaut, der die beim Anlauf der Pumpe auftretenden Förderschwingungen abklingen läßt und reproduzierbare Bedingungen schafft. Da ferner der Haltedruck auf alle Verschlußdüsen eines Mischbehälters wirkt und deren Beaufschlagung lediglich von einem Organ ausgelöst werden kann, ist die Gleichzeitigkeit der Betätigung der Verschlußdüsen sowohl bei deren Schließen als auch beim öffnen gegeben und gewährleistet, daß die Verschlußdüsen beim Druckaufbau zwangsläufig geschlossen sind.

Anspruch 2 gibt eine zweckmäßige Verwendung dor abgeleiteten Komponentenmengen an.

Zum Durchführen des Verfahrens wird eine Vorrichtung nach Anspruch 3 vorgeschlagen.

Eine Anordnung nach Anspruch 4 oder 7 erfordert hinsichtlich des Aussteuerns eines eventuellen Vor- oder Nachlaufs einer Komponente keine wesentlichen zusätzlichen Einrichtungen, obwohl Druckspitzen entsprechend der Zahl der Umschaltungen der Komponentenzufuhr von einem der Mischbehälter auf einen oder mehrere andere gehäuft auftreten. Auch die Umsteuerung selbst kann in einfacher Weise so gehandhabt werden, daß nach einer Kreislaufförderung der Kompo- ·»<> nenten — also bei geschlossenen Verschlußdüsen und durch Öffnen der Absperrorgane freigegebenen Rücklaufleitungen — lediglich die dem bzw. den folgenden Mischbehältern zugeordneten Verschlußdüsen von der Steuerungsanlage im Öffnungssinn vorgesteuert wer- « den.

Weitere zweckmäßige Maßnahmen sind den weiteren Unteransprüchen entnehmbar. In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltschema zum Dosieren von sechs in einen Mischbehälter geleiteten Kunststoffkomponenten.

F i g. 2 ein Schaltschcma zum Dosieren von zwei in vier Mischbehälter geleitete Kunststoffkomponenten,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Verschlußdüse, die auch als Absperrorgan dient, und

Fig.4 ein Ventilaggregat zur beidseitigen Beaufschlagung der Absperrorgane bzw. Verschlußdüsen.

Zum Dosieren von Kunststoffkomponenten wird gemäß den F i g. 1 und 2 jede Komponente mittels einer eigenen Zuführungsanlage in einen Mischbehälter 1 oder mehrere weitere Mischbehälter 1" mit einem für ein intensives Mischen erforderlichen hohen Leitungsdruck und einer rezepturgerechten Fördermenge eingebracht. Die Zuführungsanlagen für die einzelnen Komponenten sind völlig gleichartig aufgebaut und weisen je eine Speisepumpe 2 bwz. 2' für jede Komponente, je eine Saugieitung 3 bzw. 3' und je eine zu den Anschlüssen am Mischbehälter 1 bzw. 1" führende Druckleitung 4 bzw. 4' auf. λ'οη der Druckleitung 4 bzw. 4' einer jeden Speisepumpe 2 bzw. 2' zweigt unmittelbar nach dieser eine Rücklaufieitung 5 bzw. 5' ab und führt zu der Saugleitung 3 bzw. 3' der Speisepumpe 2 bzw. 2' zurück. De^r Durchfluß einer Komponente durch die zugeordnete Druckleitung 4 bzw. 4' oder Rücklaufieitung 5 bzw. 5' ist mittels wechselweise in Schließstellung und Öffnungsstellung betätigten Schaltorganen steuerbar. So ist in die Rücklaufleitung 5 bzw. 5' ein Absperrorgan 6 bzw. 6' eingeschaltet Das Anschlußende der Druckleitung 4 bzw. 4' am Mischbehälter 1 bzw. 1" ist von einer Verschlußdüse 7 bzw. T gebildet

Als Absperrorgan 6 bzw. 6' und Verschlußdüse 7 bzw. T können in vorteilhafter Weise austauschbare Schaltorgane verwendet werden, die — wie F i g. 3 zeigt — üblicherweise aus einem Ventilgehäuse 8 bzw. 8' und einer darin zu dessen Austrittsöffnung 9 bzw. 9' mittels eines in seinem Hub verstellbar ausgebildeten pneumatischen Stellmotors 10 bzw. 10' in die Schließstellung verschieblichen Nadel 11 bzw. W bestehen. Die Nadel 11 bzw. 11' ist mittels einer Andruckfeder 12 bzw. 12' in Schließrichtung vorgespannt und gibt bei freigegebener Beaufschlagung des Stellmotors 10 bzw. 10' die Austrittsöffnung 9 bzw. 9' frei, wenn der auf die Stirnfläche der Nadel 11 bzw. 11' wirkende Leitungsdruck einer Komponente die Vorspannung der Andruckfeder 12 bzw. 12' übersteigt Diese als zylindrische Schraubenfeder ausgebildete Andruckfeder 12 bzw. 12' stützt sich einerseits an einen Bund 13 bzw. 13' der Nadel 11 bzw. 11' und an dem der Austrittsöffnung 9 bzw. 9' entgegengesetzten Ende an einer in das Ventilgehäuse 8 bzw. 8' eingeschraubten Verstellschraube 14 bzw. 14' ab, durch deren Lage die gewählte Vorspannung festgelegt wird. Insbesondere dient die Andruckfeder 12 bzw. 12' zum Schließen der Absperrorgane, um beim Außerbetriebsetzen der Anlage oder beim Stillstand der Speisepumpen ein Auslaufen der Komponenten zu verhindern.

Zur Steuerung der einzelnen Stellmotore 10 und W und damit der Verschlußdüsen 7 und T und der Absperrorgane 6 und 6' ist eine Steueranlage 15 vorgesehen. Diese beaufschlagt die Verschlußdüsen 7 und T und Absperrorgane 6 und 6' gemeinsam. Hierzu führen entsprechend der gegebenenfalls erforderlichen Beaufschlagungen der Schließseite und der Öffnungsseite sowohl der Verschlußdüsen 7 und T als auch der Absperrorgane 6 und 6' vier Steuerleitungen 17 bis 20 von der Steueranlage 15 ab und verzweigen sich je nach der Anzahl der Verschlußdüsen 7 und T oder der Absperrorgane 6 und 6' zu den betreffenden Anschlußstellen.

In den Mischbehälter 1 nach Fig. 1 werden bis zu sechs Komponenten eingeleitet, von deren Zuführungsanlagen eine durch dicke Vollinien kenntlich gemacht ist. Die Steueranlage 15 weist ein Steuerventil 16 mit Magnetschubantrieb auf, das in der einen Endstellung die Steuerleilung 17 mit Druckluft beaufschlagt und die Steuerleitung 20 entlüftet. Die weiteren Steuerleitungen 18 und 19 zum Rückstellen der Stellmotoren 10 und 10' sind dabei nicht angeschlossen. Die Steuerung der Komponentenzufuhr in den Mischbehälter 1 der Fi g. 1 arbeitet nach folgender Wirkungsweise:

Im Stillstand der Speisepumpen 2 und 2' sind die Verschlußdüsen 7 und T und die Absperrorgane 6 und 6' geschlossen. Beim Anfahren der Speisepumpen 2 und 2'

wird das Steuerventil 16 so geschaltet, daß Druckluft durch die Steuerleitung 17 strömt und auf die Schließseite der Verschlußdüsen 7 und T ein Haltedruck ausgeübt wird, der diese Verschlußdüsen unabhängig vom Druck in den Druckleitungen 4 und 4' geschlossen hält. Außerdem wird in dieser Schaltstellung des Steuerventils 16 die mit der Schließseite der Absperrorgane 6 und 6' verbundene Steuerleitung 20 entlüftet, so daß die Absperrorgane 6 und 6' unter der der Vorspannung entgegengerichteten Einwirkung des ansteigenden Leitungsdruckes öffnen und die beim Füllen der Druckleitungen 4 und 4' entstehenden Druckberge sich abbauen können. Dabei werden je nach der Größe der abzubauenden Druckberge die jeweiligen Öffnungsquerschnitte verändert. Die beim Abbauen der Druckberge in die Rücklaufleitungen 5 und 5' eintretenden Komponentenmengen werden mit der Ansaugmenge vereinigt und von den zugeordneten Speisepumpen 2 und 2' erneut in die Druckleitungen 4 und 4' gefördert

Nach einer Beruhigungszeitspanne nach dem Anlaufen der Speisepumpen 2 und 2', die erfahrungsgemäß etwa drei Sekunden beträgt, liegt der Leitungsdruck an den Verschlußdüsen 7 und T konstant an. Nun erfolgt das beispielsweise durch Zeitablauf eines nicht dargestellten, auf die Beruhigungszeitspanne eingestellten Zeitgliedes ausgelöste Umschalten des Steuerventils derart, daß die in der zur Schließseite der Verschlußdüse 7 und T führenden Steuerleitung 17 stehende Druckluft abgelassen und somit der Haltedruck der Verschlußdüsen 7 und T weggenommen wird und die zur Schließseite der Absperrorgane 6 und 6' führende Steuerleitung 20 mit Druckluft beaufschlagt wird, wodurch die Absperrorgane 6 und 6' in Schließstellung gebracht werden.

Um Störungen dieser Steuerungsmaßnahmen infolge eines eventuellen Anklebens der Nadel It bzw. 11' in der Austrittsöffnung 9 bzw. 9' der einzelnen Absperrorgane 6 und 6' und insbesondere der durch das im Mischbehälter 1 gebildete reaktionsfähige Komponentengemisch erheblich gefährdeten Verschlußdüsen 7 und 7' zu vermeiden, ist es zweckmäßig, das Öffnen der Verschlußdüsen 7 und T und Absperrorgane 6 und 6' unter der Wirkung des Leitungsdrucks durch wechselseitiges Beaufschlagen der zu deren Öffnungsseite führenden Steuerleitungen 17 und 20 zu unterstützen. Hierzu ist die Steueranlage 15 derart abgeändert worden, daß anstelle des Steuerventils 16 in der abgeänderten Steueranlage 15a ein Ventilaggregat 23 (F i g. 4) mit zwei Steuerschiebern 21 und 22 vorgesehen ist, von denen der Steuerschieber 21 die zu den Absperrorganen 6 und 6' führenden Steuerleitungen 19 und 20 und der andere Steuerschieber 22 die zu den Verschlußdüsen 7 und T führenden Steuerleitungen 17 und 18 aufweist.
Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel

werden zwei Komponenten nach dem Beschicken des Mischungsbehälters 1 drei weiteren Mischbehältern 1" nacheinander zugeführt. Die Zuführungsanlage zu den Mischbehältern 1 und 1" für eine der Komponenten unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 lediglich dadurch, daß die Druckleitung 4 bzw. 4' sich in ebenso viele Arme deltaartig verzweigt wie der Gesamtanzahl der Mischbehälter 1 und 1" entspricht.

Die Steueranlage 15" für die Verschlußdüsen 7 und T sämtlicher Mischbehälter ί und 1" und die Abspcrrorga-

is ne 6 und 6' weist dem Arbeitsprinzip und dem allgemeinen Aufbau nach ein mit dem Ventilaggregat 23 übereinstimmendes Ventilaggregat 23" auf. Die Steueranlage 15" unterscheidet sich von der Steueranlage 15a lediglich dadurch, daß jedem Mischbehälter 1 bzw. 1"

ein dem Steuerschieber 22 adäquater Steuerschieber 22" zugeordnet ist, wogegen der Steuerschieber 21" den Steuerschieber 22" gemeinsam zugehört.

Bei diesem Ausführungsbeispiel laufen die Speisepumpen 2 und 2' an, während auf sämtliche Verschluß-

düsen 7 und T der Haltedruck ausgeübt wird und die zur Schließseite der Absperrorgane 6 und 6' führende Steuerleitung 20 entlüftet ist. Nach dem Erreichen eines konstanten Leitungsdruckes in allen Armen der Druckleitungen 4 und 4' beider Komponenten wird die

zur Schließseite der Absperrorgane 6 und 6' führende Steuerleitung 20 durch Umschalten der Steueranlage 15" mit Druckluft beaufschlagt und die zu der Schließseite der am jeweils arbeitenden Mischbehälter, z. B. dem Mischbehälter 1, angeschlossenen Verschlußdüsen 7 und T führende Steuerleitung 17 entlüftet, wodurch der Haltedruck dieser Verschlußdüsen 7 und T abgeschaltet wird und der Leitungsdruck das Öffnen zu bewirken vermag. Die Verschlußdüsen 7 und T an einem der zu diesem Zeitpunkt nicht beaufschlagten Mischbehälter 1" bleiben vollends vom Haltedruck beaufschlagt und mithin abgesperrt. Beim Umschalten auf einen anderen dieser Mischbehälter 1" werden nun aus dem Speisepumpenkreislauf heraus die Absperrorgane 6 und 6' durch Beaufschlagen der Steuerleitung 20

mittels des Steuerschiebers 21" geschlossen und die gekoppelten Verschlußdüsen 7 und 7' dieses zur Beaufschlagung vorgewählten Mischbehälters durch Umschalten des zugeordneten Steuerschiebers 22" geöffnet Die Verschlußdüsen 7 und T der nicht

beaufschlagten Mischbehälter bleiben samtliCn ge schlossen. Dieser Vorgang kann mit einer beliebigen Anzahl von Mischbehältern durchgeführt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum synchronen Dosieren von zwei oder mehr fließfähigen, miteinander zu mischenden Komponenten, insbesondere Kunststoffkomponenten, wobei jede der Komponenten von einer zugeordneten Speisepumpe auf einen hohen Mischungsdruck gebracht und mittels einer mit einer Verschlußdüse versehenen Druckleitung einem Mischbehälter zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckleitung auftretende, den Mischungsdruck übersteigende Druckberge durch Ableiten der anteiligen Fördermengen abgebaut werden und bis zum Beenden des Druckbergabbaues ein Haliedruck auf die Schließseite der Verschlußdüsen (7,7') aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils abgeleiteten Fördermengen mit der von der zugeordneten Speisepumpe angesaugten Komponentenmenge vereinigt werden.

3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein je Komponente beim Überschreiten des Mischungsdrucks in der Druckleitung öffnendes, in Schließrichtung vorgespanntes Absperrorgan (6,6'), das in eine in an sich bekannter Weise von der Druckleitung (4, 4') der Speisepumpe (2, 2') abzweigende Rückführleitung (5, 5') eingeschaltet ist, und dadurch, daß die Verschlußdüsen (7, 7') des Mischbehälters (1) und die Absperrorgane (6,6') sämtlicher Komponenten mittels einer gemeinsamen, diese in entgegengesetztem Steuersinn betätigenden Steueranlage (15) gekoppelt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen oder mehrere weitere parallel an die Druckleitungen (4,4') angeschlossene Mischbehälter (I").

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranlage (15) ein als Vierwegeventil ausgebildetes druckluftbeaufschlagtes Steuerventil (16) mit Hubmagnetantrieb aufweist, an das lediglich die zur Schließseite der Verschlußdüsen (7, T) führende Steuerleitung (17) und die zur Schließseite der Absperrorgane (6, 6') fühlende Steuerleitung (20) angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4. gekennzeichnet durch eine Steueranlage (\5a), die ein Ventilaggregat (23) mit zwei als Vierwegeventile ausgebildeten, parallel geschalteten Steuerschiebern (21, 22) aufweist, von denen der Steuerschieber (21) an die zur Schließ- und zur Öffnungsseite der Absperrorgane (6,6') führenden Steuerleitungen (20 und 19) und der Steuerschieber (22) an die zu den Verschlußdüsen (7, T) führenden Steuerleitungen (17,18) angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Steueranlage (15") zum aufeinanderfolgenden Beaufschlagen der Mischbehälter (1,1").

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranlage (15") ein Ventilaggregat mit als Vierwegeventile ausgebildeten Steuerschiebern (21". 22") aufweist, wobei jedem Mischbehälter (1, 1") ein dessen Verschlußdüsen (7, T) vorsteuernder Steuerschieber (22") zugeordnet und zur Vorsteuerung der Absperrorgane lediglich ein Steuerschieber (21") vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschieber (21", 22") mittels der Steuerleitungen (17, 18, 19, 20) an die Schließbzw, öf fnungsseite der Absperrorgane (6,6') und der Verschlußdüsen (7, T) angeschlossen sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranlage (15, 15a bzw. 15") mit einem Zeitglied gekoppelt ist