Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen und Verarbeiten eines

Mehrkomponentengemisches mit einer Mischkammer und einer Mischvorrichtung, wobei die Mischvorrichtung einen in der Mischkammer angeordneten, um eine Drehachse drehbar angetriebenen Rührer aufweisen kann. Sie betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung.

Aus der DE 10 2012 103 885 A1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines

Mehrkomponentengemisches bekannt, bei der die Mischkammer mittels in die Kammerwandung eingelassener Wasserkanäle spülbar und zudem temperierbar ist.

Derartige Mischvorrichtungen dienen dazu, mehrere Komponenten eines Kunststoffgemisches unmittelbar vor dem Gebrauch miteinander zu vermischen und für die Verarbeitung zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise kann die Mischkammer einen mit einer Düse versehenen Auslass aufweisen, durch den ein Strang des fertigen Gemisches dosiert ausgegeben und beispielsweise mittels eines Roboterarms auf eine Oberfläche aufgebracht werden kann.

Problematisch ist dabei, dass durch das Öffnen und Verschließen der Düse Verdrängungseffekte in der Mischkammer auftreten. Diese erschweren eine saubere und präzise Verarbeitung des Gemisches, beispielsweise eine optimale Kopplung zwischen einem Anfang und einem Ende einer Dichtraupe.

Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zum Herstellen und Verarbeiten eines Mehrkomponentengemisches anzugeben, mit dem eine besonders präzise Verarbeitung und insbesondere eine besonders präzise Ausgabe des Gemisches möglich ist. Ferner soll ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung angegeben werden.

Diese Aufgabe wird gelöst mit dem Gegenstand der Patentansprüche 1 und 10. Weitere

Ausführungsformen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Herstellen und Verarbeiten eines Mehrkomponentengemisches mit einer Mischkammer angegeben, die einen Auslass aufweist, wobei die Vorrichtung ein Verschlusselement aufweist, das in Richtung einer Längsachse L der Mischkammer verschiebbar ist, um den Auslass der Mischkammer freizugeben oder zu verschließen. Die Größe des axialen Spaltes zwischen dem Verschlusselement und dem Auslass liegt während eines Dosiervorgangs vorzugsweise im Bereich von 0,3mm bis 3,5mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,5mm bis 1 ,5mm. Zwischen Dosiervorgängen ist die Größe des axialen Spaltes vorzugsweise Null und die Mischkammer ist vorzugsweise geschlossen. Die Vorrichtung weist eine Einrichtung zur Regelung einer axialen Geschwindigkeit des

Verschlusselements auf, die ein Hydrauliksystem umfasst, in dem eine Hydraulikflüssigkeit geführt ist. Ferner umfasst die Einrichtung einen mit dem Verschlusselement verbundenen Zylinder, der mit einer Kammer des Hydrauliksystems arbeitet oder vorzugsweise einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer des Hydrauliksystems arbeitet. Zudem weist die Einrichtung einen in dem Hydrauliksystem angeordneten regelbaren Drosselspalt auf.

Vorzugsweise ist eine Düse vorgesehen, in die der Auslass mündet. Dabei ist das

Verschlusselement vorzugsweise als Düsenverschlusselement vorgesehen, das in Richtung einer Längsachse L der Mischkammer verschiebbar ist, um die Düse und somit den Auslass der Mischkammer freizugeben.

Das Hydrauliksystem ist vorzugsweise als Hydraulikkreislauf gestaltet.

Als Zylinder kommt vorzugsweise ein doppelt wirkender Zylinder zum Einsatz.

Das Verschlusselement kann insbesondere innerhalb der Mischkammer angeordnet sein und beispielsweise als Teil eines Rührers der Vorrichtung ausgebildet sein, der auf einer zentralen Welle drehbar angeordnet ist.

Beim Einsatz eines Rührers ist dessen Drehzahl vorzugsweise einstellbar. Besonders bevorzugt lässt sich die Drehzahl des Rührers auf einen Wert zwischen 1 U/min und 6000 U/min einstellen. Ganz besonders bevorzugt auf einen Wert zwischen 800 U/min und 3000 U/min.

Der Druck in der Mischkammer liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,5 bar und 4,0 bar, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1 ,5 bar und 3,0 bar. Es können aber auch Anwendungen in Betracht kommen, bei denen ein Druck in der Mischkammer von bis zu 50bar herrschen, so dass die Mischkammer vorzugsweise derart ausgelegt und gestaltet ist, einem Innendruck standzuhalten, welcher einen Wert aufweist, der in einem Bereich zwischen 0,5 bar und 50 bar liegt.

Die Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass Verdrängungseffekte beim Öffnen und Verschließen des Auslasses durch eine Regelung der axialen Geschwindigkeit des Verschlusselements minimiert werden können. Insbesondere kann eine axiale Bewegung des Verschlusselementes kurz vor dem Erreichen seiner Endstellungen, insbesondere vor dem Erreichen seiner

Schließposition, gebremst werden. Die Geschwindigkeitsregelung erfolgt dabei auf besonders einfache Weise mittels einer hydraulischen Bremse in Form eines regelbaren Drosselspalts. Falls das Verschlusselement als Teil eines Rührers der Vorrichtung ausgebildet ist, kann der vorzugsweise doppelt wirkend gestaltete Zylinder auf einer Antriebswelle des Rührers angeordnet sein. Besonders vorteilhaft hat sich die Geschwindigkeitsregelung, insbesondere die Drosselung der Geschwindigkeit bei einer kraftgetriebenen Bewegung des Rührers erwiesen. Hier ist beispielsweise eine pneumatische Betätigung des Rührers mittels eines Pneumatikzylinders für besagte Bewegung denkbar. Vorzugsweise kann durch die Drosselung die für die Bewegung des Verschlusselementes zum Verschließen des Auslasses notwendige Zeit, also die Verfahrzeit des Verschlusselementes von dessen Anfangsposition bis zum Erreichen der Schließposition, um einen Faktor im Bereich von 2 bis 10 verlängert werden. Denkbar ist beispielsweise, dass die reguläre Verfahrzeit des Verschlusselementes ohne Drosselung bei 10ms liegen könnte. Durch die Drosselung könnte aber eine Verlängerung beispielsweise um den Faktor 5 auf 50ms erreicht werden, was sich positiv auf den Prozess auswirken könnte. Vorzugsweise liegt die

Geschwindigkeit des Verschlusselementes in einem Bereich von 10mm/s bis ca. 100mm/s.

Bewegt sich das Verschlusselement von dem Auslass weg und gibt diesen demnach frei, so wird der Druck der in der entfernt von dem Auslass angeordneten Kammer vorgehaltenen

Hydraulikflüssigkeit erhöht und die Hydraulikflüssigkeit strömt durch einen Auslass dieser Kammer in das Hydrauliksystem, während der Druck der in der dem Auslass zugewandten Kammer vorgehaltenen Hydraulikflüssigkeit verringert und Hydraulikflüssigkeit aus dem Hydrauliksystem in diese Kammer nachströmt. Das Ein- und Ausströmen von Hydraulikflüssigkeit erfolgt dabei gedrosselt abhängig von der Breite des regelbaren Drosselspalts im Hydrauliksystem.

Der regelbare Drosselspalt kann insbesondere pneumatisch regelbar ausgebildet sein.

Insbesondere kann eine den Drosselspalt aufweisende Drosseleinrichtung eine Nadel umfassen, die axial beweglich ist, um den Drosselspalt einzustellen und beispielsweise zu verschließen oder freizugeben, wobei die Nadel durch eine resultierende Kraft aus einem pneumatischen Druck und einer Federkraft verschiebbar ist.

Bei dieser besonders einfachen und robusten Ausführungsform ist eine durch eine Feder belastete Nadel vorgesehen, wobei die Vorspannung und Anordnung der Feder insbesondere derart gewählt wird, dass ohne einen gegen die Federkraft arbeitenden pneumatischen Druck der Drosselspalt vollständig geöffnet ist. Wirkt jedoch entgegen der Federkraft eine pneumatische Kraft auf die Nadel, so wird der Drosselspalt in Richtung einer Schließstellung bewegt.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die pneumatische Regelung sehr genau und schnell erfolgen kann.

Die Feder der Drosseleinrichtung kann insbesondere als Wellenfeder ausgebildet sein, die die Nadel in eine geöffnete Stellung vorspannt. Eine Wellenfeder hat den Vorteil, dass sie verhältnismäßig wenig Bauraum benötigt. Alternativ könnte beispielsweise auch eine Spiralfeder verwendet werden.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Drosseleinrichtung eine mit der Nadel verbundene Membran auf, über die ein Pneumatikdruck auf die Nadel wirkt. Die Membran dient dabei insbesondere zur Trennung des pneumatischen Kreislaufs von dem Hydrauliksystem und ermöglicht eine Verschiebung der Nadel in den trockenen oder in den nassen Bereich, ohne dass es zu Undichtigkeiten zwischen diesen Bereichen kommt. Die Membran kann insbesondere als metallische Scheibe ausgebildet sein und in einem Gehäuse der Drosseleinrichtung geklemmt werden. Denkbar ist auch die Verwendung eines Kunststoffmaterials, insbesondere eines faserverstärkten Kunststoffmaterials für die Membran. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung eine Kautschukmaterials, insbesondere eines Fluorkautschuks herausgestellt, welches bevorzugt faserverstärkt ist. Auch all diese Arten von Membranen können und in einem Gehäuse der Drosseleinrichtung geklemmt werden.

Das Hydrauliksystem kann einen Ausgleichsbehälter aufweisen, der einerseits einen

Volumenausgleich der Hydraulikflüssigkeit ermöglicht und andererseits das Entfernen von Gasblasen aus dem Hydrauliksystem erleichtert.

Zum Erfassen einer axialen Position des Verschlusselements kann die Vorrichtung einen Sensor umfassen, beispielsweise einen induktiven Sensor. Die axiale Position des Verschlusselements kann dann für die Regelung der Geschwindigkeit des Verschlusselements verwendet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung geeignete Mittel, um die

Verfahrensgeschwindigkeit für jede Bewegung des Verschlusselementes zu erfassen oder zu ermitteln, um mittels eines Abgleichs mit hinterlegten Sollwerten eine Regelung der Bewegung des Verschlusselementes zu erreichen. Denkbar ist beispielsweise der Einsatz von technischen Mitteln zur Erfassung des Weges und der dafür benötigten Zeit für jede Bewegung des

Verschlusselementes. Dabei ist die Vorrichtung vorzugsweise an eine Recheneinheit

angeschlossen oder umfasst ein solche Recheneinheit, wobei besagte Recheneinheit einen Algorithmus umfasst, der aus den erfassten Werten die Verfahrgeschwindigkeit errechnet und mit hinterlegten Sollwerten abgleicht. Aus der Abweichung des ermittelten Istwerts vom hinterlegten Sollwert wird wiederum mittels eines Regelalgorithmus die optimale Drosseleinstellung für die nächste Bewegung errechnet. Im Idealfall kann auf diese Art eine konstante Geschwindigkeit, die vorzugsweise identisch mit der Sollgeschwindigkeit ist, über den gesamten Verfahrweg erreicht werden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Herstellen und Verarbeiten eines Mehrkomponentengemisches mit einer Mischkammer angegeben, die einen Auslass aufweist, wobei die Vorrichtung ein Verschlusselement aufweist, das in Richtung einer Längsachse der Mischkammer verschiebbar ist, um den Auslass der Mischkammer freizugeben oder zu verschließen. Das Verfahren umfasst die Erfassung einer axialen Position des Verschlusselements, beispielsweise mittels des erwähnten Sensors, das Ermitteln eines Bremsbedarfs des Verschlusselements in Abhängigkeit von dessen axialer Position sowie das Einstellen eines Drosselspalts in einem Hydrauliksystem derart, dass ein mit dem Verschlusselement verbundener Zylinder, der der mit einer Kammer des Hydrauliksystems arbeitet oder vorzugsweise einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer des Hydrauliksystems arbeitet, entsprechend dem ermittelten Bremsbedarf des Verschlusselements hydraulisch gedrosselt wird.

Vorzugsweise ist dabei eine Düse vorgesehen, in die der Auslass mündet. Dabei ist das

Verschlusselement vorzugsweise als Düsenverschlusselement vorgesehen, das in Richtung einer Längsachse L der Mischkammer verschiebbar ist, um die Düse und somit den Auslass der Mischkammer freizugeben.

Das Hydrauliksystem ist vorzugsweise als Hydraulikkreislauf gestaltet.

Der Zylinder ist vorzugsweise ein doppelt wirkender Zylinder.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind geeignete Mittel vorgesehen, um die

Verfahrensgeschwindigkeit für jede Bewegung des Verschlusselementes zu erfassen oder zu ermitteln, um mittels eines Abgleichs mit hinterlegten Sollwerten eine Regelung der Bewegung des Verschlusselementes zu erreichen. Denkbar ist auch hier beispielsweise der Einsatz einer oberhalb beschriebenen technischen Lösung. Im Idealfall kann mittels des Abgleichs von Istwerten mit Sollwerten und eine sich daran anschließende Regelung eine konstante Geschwindigkeit, die vorzugsweise identisch mit der Sollgeschwindigkeit ist, über den gesamten Verfahrweg erreicht werden. Vorzugsweise wird die Geschwindigkeit des Verschlusselementes auf einen Wert in einem Bereich von 10mm/s bis ca. 100mm/s eingestellt.

Alternativ kann Verfahren auch ein Abbremsen des Verschlusselements in der Nähe seiner Endpositionen durch eine hydraulische Drosselung ermöglichen. Dadurch können

Verdrängungseffekte in der Mischkammer verringert und die Ausgabe von Gemisch aus dem Auslass stabilisiert werden.

Die Einstellung des Drosselspalts erfolgt insbesondere pneumatisch.

Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand von schematischen Figuren näher erläutert. Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Herstellen und Verarbeiten eines Mehrkomponentengemisches gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und

Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Drosseleinrichtung für die Vorrichtung gemäß Figur 1 .

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Herstellen eines Mehrkomponentengemisches gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Mischkammer 2 sowie einer Mischvorrichtung 3. Die Mischvorrichtung 3 umfasst einen in der Mischkammer 2 angeordneten Rührer 4, der von einer Welle 12 um eine Längsachse L rotierend angetrieben wird. Der Rührer 4 hat die Aufgabe, verschiedene Komponenten eines Mehrkomponentengemisches, die durch nicht gezeigte Leitungen in die Mischkammer 2 eingebracht werden, aktiv miteinander zu mischen. Bei dem Mehrkomponentengemisch handelt es sich insbesondere um einen Kunststoff.

Das fertig zubereitete Mehrkomponentengemisch kann durch einen mit einer Düse 16 versehenen Auslass 15 aus der Mischkammer 2 entnommen werden. In der gezeigten Ausführungsform ist als Verschlusselement für den Auslass 15 die Spitze des Rührers 4 als ein Düsenverschlusselement 10 vorgesehen, welche die Düse zu verschließen und freizugegeben vermag, indem der Rührer 4 in axialer Richtung bewegt wird. Der den Auslass 15 begrenzende Bereich der Mischkammer 2, welcher mit dem Düsenverschlusselement 10 in Kontakt kommt, ist mit einer umlaufenden Teflondichtung ausgestattet. Die Größe des axialen Spaltes zwischen dem

Düsenverschlusselement 10 und dem Auslass 15 liegt während eines Dosiervorgangs im Bereich von 0,5mm bis 1 ,5mm. Zwischen Dosiervorgängen ist die Größe des axialen Spaltes Null und die Mischkammer ist geschlossen.

Der Rührer 4 weist einen oberes Ende 1 1 auf, das mit einem ersten Ende 13 der Welle 12 verbunden ist. Die Welle 12 ist in einem lediglich teilweise dargestellten Gehäuse 14 drehbar gelagert und weist einen Zylinder 21 auf, der Teil einer Einrichtung 20 zur Regelung der axialen Geschwindigkeit des Düsenverschlusselements 10 ist. In der gezeigten bevorzugten

Ausführungsform kommt ein doppelt wirkender Zylinder 21 zum Einsatz, der zwischen einer ersten Kammer 22 und einer zweiten Kammer 23 eines als Hydraulikkreislauf 24 gestalteten

Hydrauliksystems arbeitet. Die erste Kammer 22 weist eine Zulaufleitung 25 und eine Ablaufleitung 26 auf, die beide Teile des Hydraulikkreislaufs 24 sind. Die zweite Kammer 23 weist ebenfalls eine Zulaufleitung 25 eine Ablaufleitung 26 auf. Die Zulaufleitungen 25 und die Ablaufleitungen 26 sind mit entsprechenden Rückschlagventilen versehen und stehen in Fließverbindung mit einem Ausgleichsbehälter 27 des Hydraulikkreislaufs 24. Der Ausgleichsbehälter 27 kann ein relativ kleines Volumen aufweisen, da das Volumen der Hydraulikflüssigkeit prinzipiell konstant bleibt. In der gezeigten Ausführungsform ist zwischen den Ablaufleitungen 26 und dem Ausgleichsbehälter 27 eine regelbare Drossel 28 angeordnet. Eine derartige Drossel 28 könnte jedoch auch an einer anderen Stelle im Hydraulikkreislauf 24 angeordnet sein.

Als Hydraulikflüssigkeit kann in dem Hydraulikkreislauf 24 beispielsweise dünnflüssiges Öl oder destilliertes Wasser verwendet werden.

Die axiale Position der Welle 12 und damit des Düsenverschlusselements 10 wird mit einem Sensor 17 ermittelt, der in der gezeigten Ausführungsform als induktiver Sensor ausgebildet ist und die Distanz d zur schrägen Fläche 18 misst.

Figur 2 zeigt eine die Drossel 28 bildende Drosseleinrichtung 29 mit einem ersten Gehäuseteil 30 und einem zweiten Gehäuseteil 31 , zwischen denen eine Membran 39 geklemmt ist, die die Drosseleinrichtung 29 in eine Kammer 34 und eine Kammer 40 trennt. Dabei bildet die Kammer 34 einen Teil des Hydraulikkreislaufs 24 und die Kammer 40 bildet einen Teil eines nicht näher gezeigten pneumatischen Kreislaufs zur Regelung der Drossel 28.

In der Kammer 34, die über einen Einlass 32 mit dem Hydraulikkreislauf 24 in Verbindung steht, ist eine Nadel 35 angeordnet, die in Richtung ihrer Längsachse I beweglich ist, um einen Drosselspalt 33 einzustellen und beispielsweise zu verschließen oder freizugeben. Die Nadel 35 ist dabei durch eine Wellenfeder 36 in eine geöffnete Stellung des Drosselspalts 33 vorgespannt.

Neben der durch die Wellenfeder 36 ausgeübten Federkraft, die von der gewählten Federsteifigkeit abhängig ist, wirkt auf die Nadel 35 auch eine pneumatische Kraft durch den in der Kammer 40 herrschenden Druck. Dazu steht die Nadel 35 in Verbindung mit der Membran 39, die zwischen einem Nadelkopf 37 und einer Abdeckung 38 der Nadel 35 derart geklemmt ist, dass die Membran 39 bei einer Verschiebung die Nadel 35 mitnimmt und die Nadel 35 in Richtung ihrer Längsachse I beweglich bleibt. Zudem weist die Nadel 35 eine Dichtung 42 auf, um die Kammern 34 und 40 auch bei einer Bewegung der mit der Nadel 35 verbundenen Membran 39 flüssigkeitsdicht voneinander zu trennen. Der Druck in der Kammer 40 ist über einen Einlass 41 für Druckluft regelbar.

Somit dient die Membran 39 sowohl zum Übertragen der pneumatischen Kraft auf die Nadel 35 als auch zum Abdichten der beiden Kammern 34, 40 gegeneinander.

Im Betrieb wird die axiale Position des Düsenverschlusselements 10 mithilfe des Sensors 17 gemessen. Abhängig von dieser Position und abhängig von einer Materialausgabeanforderung an die Vorrichtung 1 wird ein Bremsbedarf für das Düsenverschlusselement 10 ermittelt. Abhängig von dem ermittelten Bremsbedarf wird in der Kammer 40 ein Druck erzeugt, der zusammen mit der durch die Wellenfeder 36 bereitgestellten Federkraft den Drosselspalt 33 einstellt, um eine Bewegung des Düsenverschlusselements 10 in der gewünschten Weise zu drosseln.

Bewegt sich das Düsenverschlusselement 10 in Figur 1 von oben nach unten und demnach in eine Schließstellung, so wird der Druck der Hydraulikflüssigkeit in der ersten Kammer 22 erhöht und strömt über die Ablaufleitungen 26 und über die Drossel 28 in den Ausgleichsbehälter 27.

Gleichzeitig wird der Druck der Hydraulikflüssigkeit in der zweiten Kammer 23 verringert und es strömt Hydraulikflüssigkeit über die Zulaufleitung 25 nach. Der Zu- bzw. Abfluss von

Hydraulikflüssigkeit erfolgt dabei durch die Drossel 28 gedrosselt. Je kleiner der Drosselspalt 33 ist, desto stärker ist eine Bremswirkung auf die axiale Geschwindigkeit des

Düsenverschlusselements 10.

Durch die Drosselung kann die benötigte Zeit für die Bewegung des Düsenverschlusselementes 10 zum Verschließen des Auslasses 15 von der Anfangsposition des Düsenverschlusselementes verlängert werden. Bei regulären Verfahrzeiten, die beispielsweise in einem Bereich von 8ms und 20ms liegen können, kann eine Verlängerung auf eine Verfahrzeit des Düsenverschlusselementes 10 auf beispielsweise 50ms ermöglicht werden. Abhängig vom Weg der Axialbewegung und der Drosselung können Geschwindigkeit des Verschlusselementes auf einen Wert in einem Bereich von 10mm/s bis ca. 100mm/s eingestellt werden.

Auf diese Weise lässt sich die Bewegung des Düsenverschlusselements 10 so regeln, dass Verdrängungseffekte innerhalb der Mischkammer 2 minimiert werden und eine gleichmäßige und kontrollierte Ausgabe von Gemisch durch die Düse 16 sichergestellt ist. Dabei ermöglicht die Regelung auch die Kompensation von Störeinflüssen wie beispielsweise Viskositätsänderungen der Hydraulikflüssigkeit in Abhängigkeit von der Systemtemperatur.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung

2 Mischkammer

3 Mischvorrichtung

4 Rührer

10 Düsenverschlusselement

11 oberes Ende

12 Welle

13 erstes Ende

14 Gehäuse

15 Auslass

16 Düse

17 Sensor

18 Fläche

20 Einrichtung

21 Zylinder

22 erste Kammer

23 zweite Kammer

24 Hydraulikkreislauf

25 Zulaufleitung

26 Ablaufleitung

27 Ausgleichsbehälter

28 Drossel

29 Drosseleinrichtung

30 Gehäuseteil

31 Gehäuseteil

32 Einlass

33 Drosselspalt

34 Kammer

35 Nadel

36 Wellenfeder

37 Nadelkopf

38 Abdeckung

39 Membran

40 Kammer

41 Einlass L Drehachse

I Längsachse