[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dosieren und Mischen von Mehrkomponentenkunststoffen
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens. Grundsätzlich gibt es auf dem hier angesprochenen Gebiet der Verarbeitung
von Mehrkomponentenkunststoffen, insbesondere Polyurethan, zwei Möglichkeiten, die
Komponenten zu dosieren. Die eine Möglichkeit besteht in dem Einsatz von kontinuierlich
arbeitenden Dosierpumpen für die Komponenten, beispielsweise Drehkolbenpumpen. Die
andere Möglichkeit besteht in dem Einsatz von herkömmlichen Kolbenpumpen. In diesem
zweiten Fall wird dann diskontinuierlich gearbeitet, da nacheinander Füll- und Dosierhübe
ausgeführt werden. Ein Eindosieren in die Mischkammer, d.h. ein Schuß, kann erst
erfolgen, wenn der Kolben einen bestimmten Weg zurückgelegt hat, um den für die Dosierung
erforderlichen Druck aufzubauen. Das Volumen des Dosierkolbens muß also immer etwas
größer sein als die für den jeweiligen Arbeitstakt pro Komponente erforderliche Menge.
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-PS 33 09 964 bekannt.
[0002] Aus der DE-PS 33 29 296 ist nun ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 bekannt, bei der durch Verwendung von zwei Kolben- und Zylindereinheiten
für jede Komponente ein praktisch kontinuierlicher Betrieb ermöglicht wird. Bei dieser
bekannten Vorrichtung sind jeweils zwei Kolben- und Zylindereinheiten für die beiden
Komponenten mechanisch durch einen Balken miteinander verbunden und mit einem gemeinsamen
hydraulischen Antrieb versehen. Die Steuerung erfolgt komponentenseitig. Zum Füllen
werden die Komponenten durch Komponentenpumpen in die entsprechenden Zylinder gedrückt
und die Dosierkolben hierbei verschoben. Weiterhin ist für jede Komponente eine sog.
Druckerhöhungseinheit vorgesehen, die einen Speicher für die jeweilige Komponente
darstellt. Die jeweilige Druckerhöhungseinheit speichert Komponentenmaterial, um
vor dem Umschalten von der einen Dosiereinheit auf die andere für eine Druckangleichung
an den Dosierdruck zu sorgen. Die Druckerhöhungseinheiten werden getrennt betrieben
und zwar pneumatisch. Die gesamte Steuerung findet komponentenseitig statt, wodurch
Schwierigkeiten bei der Steuerung durch die starke Klebewirkung der Komponenten auftreten
können. Weiterhin sind eine Vielzahl von Ventilen in den Komponentenströmen erforderlich,
deren Betätigung ebenfalls zu Schwierigkeiten führen kann.
[0003] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfacher und wirtschaftlicher arbeiten
und insbesondere eine zuverlässigere Steuerung ermöglichen.
[0004] Diese Aufgabe wird grundsätzlich durch das Kennzeichen des Anspruches 1 bzw. des
Anspruches 3 gelöst.
[0005] Die gesamte Steuerung erfolgt über die Hydraulik, so daß handelsübliche Hydraulikbauteile
verwendet werden können. Schwierigkeiten durch Verkleben, Verschleiß oder dergleichen
treten im Hydraulikbereich nicht auf.
[0006] Erfindungsgemäß wird die beim Dosieren durch die eine Kolben- und Zylindereinheit
für die eine Komponente verdrängte hydraulische Flüssigkeit der anderen Kolben- und
Zylindereinheit für diese Komponente beim Füllen in einfacher und wirtschaftlicher
Weise zugeführt, d.h. zum Füllen des jeweils anderen Zylinders für ein und dieselbe
Komponente wird die aus dem ersten Zylinder verdrängte hydraulische Flüssigkeit verwendet.
Die zusätzlich beim Füllen hinzugeführte hydraulische Flüssigkeit sorgt nun dafür,
daß der Füllvorgang schneller abläuft als der Dosiervorgang. Es ist also immer sichergestellt,
daß vor "Verbrauch" der Komponentenmenge in der einen Kolben- und Zylindereinheit
die andere Kolben- und Zylindereinheit zum Dosieren bereitsteht. Wenn die erste Kolben-
und Zylindereinheit ihre Endstellung nach vollständiger Entleerung des entsprechenden
Komponentenmateriales erreicht hat, beginnt für diese Kolben- und Zylindereinheit
der Füllhub mit entsprechend schnellerer Geschwindigkeit, bedingt durch die Zuführung
von zusätzlicher hydraulischer Flüssigkeit.
[0007] Die zusätzliche hydraulische Flüssigkeit wird auch noch vor Beginn des Dosierhubes
zugeführt, um dafür zu sorgen, daß die Komponente auf den entsprechenden Druck vorgespannt
wird, der zum Dosieren erforderlich ist.
[0008] Die Erfindung ermöglicht in einfacher und wirtschaftlicher Weise eine kontinuierliche
Förderung ohne Druckschwankungen und Volumenstromänderungen mit sog. reinen Kolbenpumpen,
die auch schwierige Komponenten mit abrasiven Zuschlagstoffen und dergl. verarbeiten
können. Durch die Steuerung der Kolben- und Zylindereinheiten im Umkehrpunkt durch
ein Ventilsignal und vorangegangener Druckangleichung an den Dosierdruck wird ein
Druck- und Volumensprung im Umkehrpunkt vermieden.
[0009] Die Bereitstellung der zusätzlichen hydraulischen Flüssigkeit kann in unterschiedlicher
Weise erfolgen. Es kann ein separates Hydraulikaggregat eingesetzt werden. Es ist
auch möglich, an die Dosierpumpe eine weitere Pumpe anzuflanschen. Dieses ist wirtschaftlich,
da nur ein Elektromotor eingesetzt werden muß. Schließlich ist es auch noch möglich
so zu arbeiten, wie in Anspruch 5 angegeben.
[0010] Durch die Verwendung einer entsprechenden Anordnung wird ein konstanter Volumenstrom
von der hydraulischen Hauptleitung entnommen und somit ein Regelvorgang der hydraulischen
Pumpe vermieden.
[0011] Bei den meisten Anwendungsfällen genügen zwei hydraulische Kolben- und Zylindereinheiten
pro Komponente. Wenn entsprechend hohe Anforderungen hinsichtlich Menge pro Zeiteinheit
bestehen, so können auch mehr als zwei hydraulische Kolben- und Zylindereinheiten
pro Komponente eingesetzt werden, die dann entsprechend betätigt werden, so daß keine
Druckschwankungen auftreten und praktisch für eine kontinuierliche Dosierung gesorgt
wird.
[0012] Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert.
[0013] Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung, insbesondere der hydraulischen Schaltung einer
Vorrichtung nach der Erfindung, und zwar nur für eine Komponnte, da die Anordnung
für die andere Komponente identisch ist, und
Fig. 2 eine Ergänzung der hydraulischen Schaltung der Fig. 1 zur Bereitstellung der
zusätzlichen hydraulischen Flüssigkeit durch eine Bypass-Leitung.
[0014] In der Zeichnung ist ein Mischkopf nicht dargestellt. Es ist lediglich eine zum Mischkopf
führende Komponentenleitung 34 für eine Komponente A und eine vom unter Druck stehenden
Vorratsbehälter kommende Leitung 33 für diese Komponente gezeigt.
[0015] Die hydraulische Pumpe, die kontinuierlich arbeitet, ist mit 35 bezeichnet. Von
dieser hydraulischen Pumpe führt eine hydraulische Hauptleitung 30 in das System.
Die Leitung 31 führt zum Tank. Die hydraulische Leitung 32 dient der Zuführung des
hydraulischen Volumenstroms, der in unterschiedlicher Weise bereitgestellt werden
kann.
[0016] Die beiden Kolben- und Zylindereinheiten für die eine Komponente A sind mit A₁ und
A₂ bezeichnet.
[0017] Für die Steuerung entsprechend Figur 1 sind sechs Hydraulikventile eingesetzt, von
denen die Ventile in den Positionen 1, 2, 4, 5, 6 vorzugsweise Sitzventile sind,
um bei der Dosierung Leckagen zu vermeiden.
[0018] In der Position 3 ist ein sogenanntes 4/2 Wegeventil, d.h. ein Ventil mit vier Wegen
und zwei Schaltpositionen vorgesehen. Ventil 7 ergänzt die Steuerung der Hydraulikpumpe
35.
[0019] Ventil 1 und 2 steuern den zusätzlichen Volumenstrom. Ventil 3 dient sowohl zur Steuerung
des zusätzlichen Volumenstromes, als auch zur Verbindung der beiden stangenseitigen
Räume der Hydraulikeinheiten mit der Tankleitung 31.
[0020] Als hydraulische Pumpe wird eine Servopumpe verwendet, die hydraulisch in Verbindung
mit einem Sollwert geregelt wird. Der Istwert für diese Regelung wird durch eine
geeignete Messung des hydraulikseitigen Dosierstromes erfaßt.
[0021] Mit X₁-X₄ sind für die beiden Kolben- und Zylindereinheiten A₁ und A₂ sogenannte
Initiatoren bezeichnet, die zum Erfassen der Kolbenpositionen dienen.
[0022] Im folgenden wird die Wirkungsweise unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben, wobei
unter dem Begriff "Ventil geschaltet" verstanden wird, daß das Ventil in seine zweite
Schaltstellung wechselt.
[0023] In Fig. 2 ist eine Möglichkeit dargestellt, wie der Strom für die zusätzliche hydraulische
Flüssigkeit bereitgestellt werden kann. Dieses geschieht durch eine Bypass-Leitung
37, die von der hydraulischen Hauptleitung 30 abzweigt und zwar vor einer Dosierdrossel
36. In der Bypass-Leitung 37 liegt ein Stromregler 38 und ein Druckregelventil 39
zum Vermeiden eines Druckabfalls. Ein Druckbegrenzungsventil 40 ist vorgesehen, um
auch beim Vorspannen der entsprechenden Kolben- und Zylindereinheit ständig einen
konstanten Volumenstrom der Dosierpumpe 35 entnehmen zu können um somit einen Regelvorgang
der Pumpe zu vermeiden. Die Einspeisung erfolgt über die Leitung 32 für die zusätzliche
hydraulische Flüssigkeit.
[0024] Es wird von einer Stellung ausgegangen, in der sich der Kolben der Kolben- und Zylindereinheit
A₁ in der oberen Stellung, d.h. mit Komponentenmaterial gefüllt, und der Kolben der
anderen Kolben- und Zylindereinheit A₂ in der unteren Stellung, d.h. von Komponentenmaterial
entleert, befindet. In dieser Stellung geben die Initiatoren X₁ und X₄ Signal.
[0025] Die hydraulische Flüssigkeit strömt, wenn das Ventil 6 in Grundstellung ist, zu der
Kolben- und Zylindereinheit A₁ und bewegt den Kolben zur Verdrängung des entsprechenden
Komponentenmateriales nach unten. Die gleichzeitig verdrängte hydraulische Flüssigkeit
fließt, da Ventil 3 ebenfalls geschaltet wird, zusammen mit dem zusätzlichen Volumenstrom
aus der Leitung 32, zur Kolben- und Zylindereinheit A₂, so daß sich der Kolben in
Füllrichtung bewegt.
[0026] Die aus der Kolben- und Zylindereinheit A₂ austretende hydraulische Flüssigkeit strömt
über Leitung 31 in den Tank, da das Ventil 5 ebenfalls geschaltet wird.
[0027] Mit dem zusätzlichen Volumenstrom wird die Füllbewegung des Kolbens der Kolben- und
Zylindereinheit A₂ beschleunigt.
[0028] Erreicht der Kolben dieser Kolben- und Zylindereinheit A₂ seine oberste Stellung
(Initiator X₃ gibt Signal), dann kehrt er seine Bewegungsrichtung um. Mit dem zusätzlichen
Volumenstrom wird nun das Komponentenmaterial in der Kolben- und Zylindereinheit
A₂ vorgespannt; Ventil 2 wird geschaltet.
[0029] Da Ventil 3 in seine Ruhelage zurückgeschaltet wird, strömt die verdängte hydraulische
Flüssigkeit aus beiden Kolben- und Zylindereinheiten über die Leitung 31 in den Tank.
Der Vorspanndruck muß hierbei im Verhältnis zum Dosierdruck so eingestellt sein, daß
das Rückschlagventil 20 nicht öffnen kann, da es sonst zu einem Dosierfehler kommen
würde.
[0030] Erreicht der Kolben der Kolben- und Zylindereinheit A₁ den Initiator X₂, wird das
Ventil 2 geschlossen und der Zufluß der zusätzlichen hydraulischen Flüssigkeit wird
abgeschaltet. Außerdem wird das Ventil 6 geschaltet. Die Dosierung erfolgt jetzt durch
den Kolben der Kolben- und Zylindereinheit A₂. Die aus A₂ verdrängte hydraulische
Flüssigkeit wird jetzt zusammen mit dem zusätzlichen Volumenstrom - Ventil 3 wird
geschaltet - in die Kolben- und Zylindereinheit A₁ gepumpt und bewegt diese in Füllrichtung.
Über das geschaltete Ventil 4 fließt die hydraulische Flüssigkeit aus A₁ durch die
Leitung 31 in den Tank. Erreicht der Kolben der Kolben- und Zylindereinheit A₁ seine
oberste Position, gibt der Initiator X₁ Signal. Der Kolben kehrt dann seine Bewegungsrichtung
um, das Ventil 4 wird geschlossen und das Ventil 3 wird in seine Ruhelage zurückgeschaltet.
Beide Kolben- und Zylindereinheiten sind wieder mit dem Tank verbunden. Durch Schalten
von Ventil 1 wird das Komponentenvolumen in der Kolben- und Zylindereinheit A₁ mittels
zusätzlichem Volumenstrom aus der Leitung 32 vorgespannt. Erreicht nun der Kolben
der Kolben- und Zylindereinheit A₂ den Initiator X₄, werden Ventil 1 und Ventil 6
in ihre Grundstellung geschaltet. Die Dosierung erfolgt also wieder allein durch die
Kolben- und Zylindereinheit A₁. Außerdem werden Ventil 3 und Ventil 5 geschaltet.
Das aus der Kolben- und Zylindereinheit A₁ verdrängte Öl fließt also wieder zusammen
mit dem zusätzlichen Volumenstrom aus der Leitung 32 in die Kolben- und Zylindereinheit
A₂ und bewegt diese in Füllrichtung. Das aus A₂ verdrängte Öl fließt durch Schalten
von Ventil 5 über die Leitung 31 in den Tank.
[0031] Man kann auf eine Steuerung der Überlagerung des Dosiervorganges von zwei Kolben-
und Zylindereinheiten verzichten, da die Vorspann- und Dosierdrücke exakt aufeinander
abgestimmt sind. Dies erfolgt durch ein Differenzdruckventil, wie in Position 8 der
Fig. 1 gezeigt. Das Ventil ist solange geschlossen wie der Dosierdruck größer oder
gleich dem Vorspanndruck plus z.B. Federkraft ist. Steigt der Vorspanndruck weiter,
so öffnet das Ventil 8 und stellt das Gleichgewicht wieder her.
[0032] Der Vorteil einer solchen Steuerung ist auch, daß der Vorspanndruck bei verändertem
Dosierdruck vom Betreiber nicht angepaßt werden muß.
[0033] Die komponentenseitigen Rückschlagventile 18 bis 21 sind vorgesehen, damit beim Dosieren,
z.B. mit dem Kolben der Kolben- und Zylindereinheit A₁, die Komponenten nicht in
den Tank zurückfließt (Rückschlagventil 19 und 20). Beim Dosieren mit dem Kolben
der Kolben- und Zylindereinheit A₂ werden entsprechend die Ventile 21 und 18 benötigt.
[0034] Die Vorrichtung nach der Erfindung kann auch mit einer Kolben- und Zylindereinheit
pro Komponente allein betrieben werden. Dann wird natürlich in herkömmlicher Weise
diskontinuierlich gearbeitet. Dies kann z.B. der Fall sein, wenn Wartungsarbeiten
an der anderen Kolben- und Zylindereinheit durchgeführt werden. Die Produktion kann
dann aber aufrechterhalten werden.
1. Verfahren zum Dosieren und Mischen von Mehrkomponentenkunststoffen, insbesondere
Polyurethan, bei dem jede Komponente durch mindestens zwei zeitweise im Gegentakt
betriebene, hydraulische Kolben- und Zylindereinheiten dosiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die von der einen Kolben- und Zylindereinheit beim Dosieren verdrängte hydraulische
Flüssigkeit mindestens einer der anderen Kolben- und Zylindereinheiten für diese Komponente
zum Füllen zugeführt wird, und daß mindestens einer der anderen Kolben- und Zylindereinheiten
zum Füllen zusätzliche hydraulische Flüssigkeit zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche hydraulische Flüssigkeit der entsprechenden Kolben- und Zylindereinheit
auch nach Beendigung des Füllens auf der Dosierseite einer gefüllten Kolben- und Zylindereinheit
zugeführt wird, bis der gewünschte Komponentendruck erreicht wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben- und Zylindereinheiten (A₁, A₂) einer Komponente derart hydraulisch
miteinander verbunden sind, daß die von der einen Kolben- und Zylindereinheit (A₁)
beim Dosieren verdrängte hydraulische Flüssigkeit mindestens einer der anderen Kolben-
und Zylindereinheiten (A₂) beim Füllen zugeführt wird, und daß in die hydraulische
Leitung jeder Kolben- und Zylindereinheit, die dem Füllen dient, eine hydraulische
Leitung (32) zum Zuführen zusätzlicher hydraulischer Flüssigkeit führt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Leitung (32) für zusätzliche hydraulische Flüssigkeit auch
mit der hydraulischen Leitung jeder Kolben- und Zylindereinheit, die dem Dosieren
dient, verbindbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung der zusätzlichen hydraulischen Flüssigkeit, eine Bypass-Leitung
(37) vorgesehen ist, die von der von der Hydraulikpumpe (35) kommenden hydraulischen
Hauptleitung (30) abzweigt und in der eine Anordnung (38, 39, 40) angeordnet ist,
die für die Entnahme eines konstanten Volumenstromes sorgt.